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ZnGaON纳米晶薄膜的制备及其光电催化性能的表征与调控开题报告

 2020-07-25 10:07  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重,人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究,是未来人类的理想能源之一。目前,利用太阳能进行催化分解水制造氢气的技术--光解水制氢技术,已成为近年来国内外最活跃的研究区域之一。而利用半导体光催化剂光解水是太阳能光解水的重要途径之一[1]。

自从”本多-腾岛”效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光解水来获取氢能[2]。近年来,光解水制氢催化材料研究经历了从简单氧化物、复合氧化物到层状化合物光催化材料的过程。半导体相对于单体及绝缘体而言具有特殊的电子结构,主要指半导体有一个适中的能隙带宽(eg),当入射光的能量等于或大于半导体光催化剂的禁带宽度或者能隙宽度时,电子受到激发从价带跃迁到导带,从而在价带中产生相应的光生空穴,而导带中引入了光生电子,光生空穴和光生电子分别具有很强的氧化和还原能力。要实现太阳能光解水而产生氢气和氧气,光生电子的还原能力必须能还原水放出氢气,而光生空穴的氧化能力必须能够氧化水放出氧气,因此从热力学角度上讲,光催化分解水反应的顺利发生作为光催化剂的半导体的导带电位要比氢电极的电位更负,价带电位则要求比氧电极更正。由此可见,发展半导体光催化分解水技术的关键在于寻找具有合适带宽和能级位置的光催化材料[3, 4]。

氮氧化物便是一种新型的光催化材料,由于具有良好的带隙和良好的光稳定性而被应用于整体水解制氢[5]。为了应用这种技术,人们期望有高活性光催化剂的出现。domen k小组多年来致力于氮化物与氮氧化物的研究。他们首先报道了ta的氮氧化物(taon,ta3n5)的光催化性能[6]。这一类化合物在光催化氧化水为分子氧方面表现出较高的活性。后续又发展了一系列的氮氧化物,如latio2n,mtao2n等。近年来,人们对高比表面积、纳米结构半导体晶体的合成研究产生了极大的兴趣,以此来提高光催化分解水的效率。典型例子有,低电导率的fe2o3[7]和bivo4[8]由于材料的内表面之间接触面积增大可观察到其纳米结构性能的增强。随着纳米技术的发展一维纳米结构被广泛应用于光能收集材料上。目前我们正在集中精力发展在可见光照射下(600 nm-800 nm)可整体分解水的有前途的材料,而zngaon就可以利用太阳能光谱中很大一部分[9]。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

为了研究zngaon的光电催化性能的影响因素和调控手段,需要制备zngaon并利用电泳法将其制作成薄膜,并通过表面处理和改性,从而对薄膜电极的光电催化性能进行表征。

研究途径:

1.薄膜电极的制备:电泳沉积法

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