2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、為應(yīng)對全球能源和環(huán)境危機(jī),發(fā)展可再生清潔能源成為破解未來能源需求增長的關(guān)鍵。氫能是一種清潔能源,而基于半導(dǎo)體電極的水分解制氫技術(shù)則是有望實(shí)現(xiàn)的高效、低成本制氫的技術(shù)。近些年來納米材料的發(fā)展非常迅速,應(yīng)用的領(lǐng)域也很多。納米材料由于其獨(dú)特的尺寸有著其獨(dú)特的性質(zhì)。因此,對于半導(dǎo)體的材料,現(xiàn)在大多數(shù)的研究也是納米級(jí)別的。研究報(bào)導(dǎo)與普通材料的催化劑相比,納米催化劑有著驚人的催化性能,比如高的催化活性和選擇性。同時(shí)影響納米催化劑性能的因素也很多,如

2、:尺寸的大小,納米材料的形狀,因而,在合成納米材料時(shí)要全面的考慮這些影響因素。然而,現(xiàn)有半導(dǎo)體電極的光解水效率普遍低于5%,遠(yuǎn)低于10%的可實(shí)用標(biāo)準(zhǔn),亟待探索新的效率提升模式和研究電極的限制因素。因此,對半導(dǎo)體電極進(jìn)行修飾并實(shí)現(xiàn)高效水分解成為能源研究領(lǐng)域的重大課題。
  本論文全面的回顧了水分解的發(fā)展史,介紹了水分解的基本原理,分析了提高水分解性能的方法,總結(jié)了水分解的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上以制備半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)電極為目標(biāo),探索通過對

3、電極修飾來提高其在水分解方面的性能,更進(jìn)一步的分析其內(nèi)在機(jī)理,為水分解效率的提升提供有益的借鑒。本論文主要研究內(nèi)容歸納如下:
  1.rGQDs自組裝層鈍化蠕蟲狀Fe2O3光陽極及其光電化學(xué)水分解行為研究
  首先采用水熱法合成β-FeOOH納米薄膜,經(jīng)高溫退火后得到蠕蟲狀α-Fe2O3;然后,通過溶液自組裝法將GOQDs修飾到α-Fe2O3表面,經(jīng)熱還原形成rGQDs自組裝層包覆的蠕蟲狀Fe2O3光陽極。對rGQDs自組裝

4、層進(jìn)行優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),GOQDs水溶液濃度為0.05 g/mL時(shí)得到的α-Fe2O3/rGQDs光陽極的光電化學(xué)水分解性能最優(yōu)。相對于未修飾α-Fe2O3電極來說,在1.23 V(vs. RHE)處,鈍化修飾的α-Fe2O3/rGQDs光陽極可以顯著提高光電流密度約8倍。深入表征和分析表明,這主要得益于rGQDs可以有效鈍化Fe2O3的表面,極大地減少了表面態(tài)密度,抑制了電極/電解液界面處的電荷復(fù)合。此外,該工作有力的證明溶液自組裝方法也是

5、一種有效的表面鈍化技術(shù)。
  2.Fe2O3@Ni(OH)2復(fù)合電極的電解水研究
  采用電沉積方法在Fe2O3電極表面生長Ni(OH)2納米片,制備了Fe2O3@Ni(OH)2復(fù)合電極作為一種有效的析氧電極。電沉積使用的是三電極體系,該方法簡單易行。在掃描電鏡下可以清楚的看出三氧化二鐵的表面均勻的生長了Ni(OH)2納米片。通過對電沉積時(shí)間的優(yōu)化得出最優(yōu)的電沉積時(shí)間為60s,并進(jìn)一步研究了Fe2O3@Ni(OH)2復(fù)合電極

6、對水分解的電催化行為。結(jié)果表明 Fe2O3@Ni(OH)2電極的析氧催化性能比Fe2O3電極有明顯的提高,在電流密度為10mA cm-2時(shí),F(xiàn)e2O3@Ni(OH)2的電位比Fe2O3電極的電位要低210mV。進(jìn)一步研究和分析證明Ni(OH)2在Fe2O3表面上的修飾,產(chǎn)生了極其明顯的協(xié)同電催化效應(yīng),降低了析氧的過電位,提高了反應(yīng)速度。研究提出了協(xié)同電催化效應(yīng)的機(jī)理。Ni(OH)2在Fe2O3表面上的修飾,也增加了反應(yīng)表面積。Fe2O3

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