Nb2C/Bi2WO6二维复合材料的制备研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着人类社会的高速发展,化石能源的过度消耗已经产生了严重的环境问题,而寻找并生产可替代的可再生能源就成为了当务之急。光催化分解水制氢能够将太阳能直接转化为化学能,这已经成为了能源领域的研究热点。光催化技术的关键在于光催化剂,高效的光催化剂应具有较窄的禁带宽度和适合的能带结构,以满足光催化分解水的动力学和热力学要求。单一的光催化剂具有较高的光生电子-空穴复合率,从而影响了光催化反应的效率。采用助催化剂能够有效的促进光生电子和空穴的分离,开发高效廉价的非贵金属助催化剂是加快光催化剂大规模应用的有效策略之一。二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXene)具有良好的导电性、亲水性以及适合的氢吸附自由能等特点,可作为光催化剂的助催化剂。


自从Halmann 首先报道了光电化学还原通过GaP将二氧化碳转化为HCOOH,探索了许多关于光诱导CO2转化的研究。特别是光催化将CO2还原成有价值的烃和无穷无尽的太阳能燃料,这被认为是解决日益严重的能源危机和环境问题的有希望的战略。各种光催化剂,如TiO2,作为传统的光催化剂,TiO2具有光催化能力强和无毒的特点,但其禁带宽度较宽(3.2 eV),只能吸收紫外光,难以回收利用,在应用方面有很大的局限性。Bi2WO6是由(WO4)2-和(Bi2O2)2 交替组成的类钙钛矿层状结构,具有良好的可见光响应能力。


通常,光催化CO2还原的过程涉及以下步骤。首先是电子-空穴对被适当的光子光激发,其能量(hv)等于或高于半导体的带隙(Eg)。其次,光致电荷载体分离并传输到光催化剂的表面。第三,光诱导电子与光催化剂表面活性位点处吸收的反应物(CO2)反应。现在为止,光催化CO2还原的效率仍远达不到实际应用的要求。这主要是由于电子-空穴对的快速复合和不充分的表面活性位点大大降低了利用光致电荷载体的效率。而解决这两个问题的最有效方法之一是通过助催化剂来改性半导体光催化剂,特别是贵金属如Pt,Pd,Au,Ag,等。助催化剂的存在可以改善电子-空穴对的转移和分离以及提供更多活性位点与CO2分子反应。虽然这些贵金属助催化剂显着提高了光催化效率,但其昂贵的价格和严重的稀缺性在很大程度上限制了它们的广泛应用。因此,探索不含贵金属的助催化剂对于提高光催化剂对CO2还原的性能具有重要意义。


而Bi2WO6 是由 (WO4)2- 和 (Bi2O2)2 交替组成的类钙钛矿层状结构,具有良好的可见光响应能力。

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