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《西北师范大学》 2016年
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石墨烯复合材料光电性能的研究

宁星铭  
【摘要】:随着社会经济的快速发展,能源和环境危机已经成为全球性的问题,为了解决这些问题,许多国家已经开始寻找和开发环保高效的新型光敏化材料。自从1972年Fujishima和Honda首次用二氧化钛分解水制氢以来,光催化在能源的再生和环境的纯化方面已被广泛的运用。现如今,已有多种光敏化材料被运用到染料的降解和氢能源的产生,然而,这些半导体材料由于光能的捕获差(如:TiO_2),光生载流子的复合快(如:CdS),需要贵金属负载,界面半反应低效等缺点使得这些光催化材料不能大面积的推广,因此制备出高效、无毒、低成本、稳定的光催材料,具有非常重要的意义。光敏化材料因优异的物理和化学性质,在光催化、传感、太阳能敏化电池等领域起着非常重要的作用,再者光生载流子所需要的能量均是理想的、绿色的、可再生的太阳能,故光敏化材料的催化引起了来自化学、物理、材料等领域的众多科研人员的关注。本文以光敏化材料为核心,以扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscope)为平台,从动力学的角度探究光敏化材料的催化性能。本工作主要有以下三部分,具体内容如下:1.卟啉基复合材料的构建和对光催化水氧化的研究。通过电化学方法在ITO表面成功合成了还原氧化石墨烯薄膜,之后通过光还原的方法制备了石墨烯@四苯基卟啉@金的复合材料(rGO@TPP@Au)。运用EDS、XRD、FT_IR和电化学手段对材料进行了系统的表征,发现rGO@TPP@Au表现出高的光电流和快的异相电子转移速率。在整个光催化体系中,石墨烯和金纳米粒子都具有协同的作用,这如同自然界光系统II中的Mn4Ca,这对于自然界中水氧化过程的研究提供了一种新的思路。2.助催化剂Au和rGO对于花状钨酸铋光催化性能的研究。通过水热法一步合成了钨酸铋负载石墨烯的复合材料(rGO@Bi_2WO_6),之后通过光还原的方法制备了负载有石墨烯和金纳米的钨酸铋复合材料(rGO@Bi_2WO_6@Au)。通过SEM、EDS、XRD、FT_IR等对材料进行了系统的表征,之后通过i-t curve和EIS对复合材料进行了电化学表征发现rGO@Bi_2WO_6@Au表现出高的光电流和低的载流子复合率,最后运用SECM技术进一步研究材料微界面的电荷转移行为,发现rGO@Bi_2WO_6@Au在可见光照射下表现出快的界面电子转移速率,这与i-t curve,EIS,和对罗丹明B的催化降解相一致。这说明石墨烯和金纳米粒子对于光生载流子的复合有抑制作用,同时该体系对于光敏化材料在光催化和能源转换性能的研究方面提供了一种新的方法。3.氧空位对花状钨酸铋光催化性能影响的研究。通过水热法合成花状的钨酸铋材料,利用化学还原的方法制备还原态的钨酸铋,之后通过电沉积的方法制备出钨酸铋和还原态钨酸铋的薄膜。经过i-t curve、EIS和对罗丹明B的降解发现还原态的钨酸铋较未还原的钨酸铋表现出较好的光催化性能。最后运用SECM技术进一步研究材料表面的电荷转移行为,发现还原态的钨酸铋在可见光照射下表现出快的界面电子转移速率,这主要是由于氧空位促使钨酸铋表面出现了电子的离域现象。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.36

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