二維薄層復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與光電催化性能調(diào)控研究.pdf

1、21世紀能源及環(huán)境問題使人類可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。受自然界光合作用啟發(fā)，通過人工光合成分解水將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能源儲存被視為解決能源問題的“圣杯”。發(fā)展穩(wěn)定高效的光電/電催化材料是分解水制氫的關(guān)鍵。長期以來載流子遷移緩慢、表面反應(yīng)過電勢較高等問題嚴重制約光電/電催化材料水分解效率的提升。二維半導體材料的超薄原子級結(jié)構(gòu)特性有利于提升載流子遷移速率，其大的比表面積為催化水分解反應(yīng)提供充足反應(yīng)位點，被視為杰出的催化劑材料，但很多材料仍存在表面

2、反應(yīng)動力學瓶頸有待解決。表面修飾助催化劑量子點或合成多功能二維薄層復(fù)合材料，有助于加速載流子的分離和遷移、降低表面反應(yīng)勢壘，可顯著提高二維半導體材料催化水分解制氫效率。本文通過在碳三氮四二維納米片表面負載鈷磷催化劑，實現(xiàn)了其光催化性能大幅提高;通過將羥基氧化鐵納米片與石墨烯復(fù)合，顯著提升其電催化產(chǎn)氧性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.碳三氮四納米片負載鈷磷產(chǎn)氧催化劑的光解水性能研究
　　石墨烯型碳三氮四是新型光催化分解水催化劑

3、，光生載流子復(fù)合問題及產(chǎn)氧反應(yīng)過電勢高導致其能源轉(zhuǎn)化效率低下。共催化劑負載是提高光催化劑穩(wěn)定性，抑制光生載流子復(fù)合的有效方法。我們成功剝離得到納米片結(jié)構(gòu)的碳三氮四，并利用光沉積法在其表面均勻負載鈷磷催化劑。光解水性能測試負載后的復(fù)合物產(chǎn)氫性能是碳三氮四納米片的5倍，是體相碳三氮四的26倍。光致發(fā)光譜表明，負載鈷磷催化劑有效地抑制了光生載流子復(fù)合幾率。
　　2.石墨烯負載羥基氧化鐵納米片電催化產(chǎn)氧性能研究
　　石墨烯大的比表面

4、積為納米片沉積提供了基底，同時好的導電性可以促進電荷遷移。因此，我們制備了石墨烯負載的羥基氧化鐵納米片材料。利用透射電子顯微鏡可以看到石墨烯表面均勻負載了羥基氧化鐵薄片，X射線衍射技術(shù)、拉曼分析及X射線光電子能譜表明氧化石墨烯在原位生長過程中被還原，而負載的納米片形貌的羥基氧化鐵物相與純相一致。X射線吸收精細結(jié)構(gòu)技術(shù)進一步給出了復(fù)合物的局域結(jié)構(gòu)信息。電化學性能測試表明負載石墨烯后產(chǎn)氧過電勢顯著降低，交流阻抗譜分析顯示復(fù)合物電極載流子遷移