若干二维异质结光解水特性的理论研究

发布时间：2025-08-12 21:27

　　当前环境污染和能源短缺问题日益严峻,作为解决问题的有效手段之一就是利用太阳能基于各种半导体光催化剂分解水从而获得环境友好绿色且高效的氢能。用于光解水产氢气和氧气的半导体光催化剂必须满足几个基本条件,如具有合适的能隙值,能有效捕获太阳光,产生光生载流子;其价带顶和导带底位置必须与水的氧化还原电位匹配;光生电子和空穴能有效分离和迁移,再分别参与产氢和产氧反应等。近年来,由于其具有高比表面积、反应位点多、载流子迁移距离短、以及丰富且易于调控的物理化学性质,基于二维材料构建高性能光解水催化剂正引起极大的研究兴趣。其中一个前沿基础性课题是通过界面耦合形成二维异质结来提升二维材料的光催化性能。本硕士学位论文,主要采用第一性原理计算,研究了几个二维异质结,侧重通过界面极化电场和能带位置与水氧化还原电位匹配情况来表征它们的光催化水解特性,由如下几章组成。第一章,简要介绍了电子密度泛函理论和本论文采用的计算软件-VASP软件。第二章,对二维光解水催化剂的研究现状进行简要介绍,包括光解水的基本原理、二维光解水催化剂的研究概况、提升二维光解水光催化剂性能的一些有效手段、以及本文的研究动机。第三章,基于第一性原...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１自洽求解ＫＳ方程流程图

?电子密度泛函理论和ＶＡＳＰ计算软件简介???１．５＿１局域密度近似（ＬＤＡ）??Ｉｎｉｔｉａｌ?Ｇｕｅｓｓ??ｆ）Ｔ（ｒ），ｕ‘（ｒ）??％??Ｃａｌｃｕｌａｔｅ?Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?Ｐｏｔｅｎｔｉａ］??Ｖ＂（ｒ）?＝?Ｖ？（（ｒ）?＋ｒＷｎｒ（（ｎ］?＋?Ｖ／ｒ［ｎｔ．ｎ＾....

图２．?１?ＴｉＯ：做电极进行水分解示意图

氢的基本原理??众所周知，氢能是一种终极的清洁能源，所以，从能源和环境的角度出发，??利用太阳能等自然能获得氢气是十分有利的，即太阳能制氢，根据获得手段和??过程的不同，有三种典型的方法：用太阳能电池或者水力发电等电解水；电化??学水解：光催化水解〃］。其中，光催化分解水也被称为....

图２．?３典型的二维体系

剂的研究概况??在石墨烯ｗ问世后，就改变了人们之前的认知一二维体系无法稳定存在的，??石墨烯不但证明了二维体系是稳定的，还具有与块体不同的独特的物理化学性??质。此后，人们就开始将物质的研究延伸至二维体系，至今，己经有大量的层??状体系，通过机械剥离可以获得具有独特性质的二维体系....

图２．４测试体系中（ａ）未加入和（ｂ＞加入催化剂后的氢气和氧气产出情况

化电位??距离偏小，驱动力不够），还在可见光范围内具有很好的光吸收，它的吸收系??数可以达到］Ｏｋｎｒ１，堪比于有机钙钛矿太阳能电池的吸收系数。前者是理论研??宄工作，并不代表二维体系用于光催化水分解仅仅限于理论研究，在实验合成??和验证过程中，也具有很多成果，比如最近在实验中发....

本文编号：4059160