SrTaO2N晶格中N离子占位对其光催化性能的影响文献综述

 2021-10-24 15:39:29

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由于传统化石原料不断消耗造成了能源短缺和环境污染问题日益严重,当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。

随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。

而光电催化分解水产氢,将太阳能转变为可供使用及储存的化学能源成为解决能源和环境问题的有效方法。

氢气的燃烧产物只有水,氢气的燃烧热值高,相同质量的氢气燃烧所产生的热量约为汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。

更为重要的是,氢气是一种可储存的能源载体。

光电化学分解水的原理为:半导体材料在受到光的辐射时,半导体内电子受激发从价带跃迁到导带的条件是:辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度,在价带中留存着空穴,空穴和电子分开之后,便可以在半导体的不同位置将水氧化成氧气或者将水还原成氢气。

要实现光催化分解水产氢的大规模应用,光电化学池的光催化分解水产氢的效率必须大于10 %。

光电催化水分解电池完成一个反应循环共需以下 3 步:(1) 半导体吸收能量大于或等于其禁带宽度的光子并产生电子-空穴对;(2) 电子-空穴对扩散至空间电荷层 LSC 并在空间电荷层中内建电场作用下发生分离,电子迁移至半导体体相内,空穴迁移至半导体与电解液界面;(3) 迁移至半导体体相内的电子被导电基底收集通过外电路传输至 Pt 对电极并在 Pt 对电极表面发生水的还原反应,相应的,迁移至半导体与电解液界面的空穴氧化水释放氧气分子。

在光电化学水分解电池中,整个水分解系统的太阳能转换效率总是取决于性 能差的 n 型或 p 型半导体光电极。

如果这个 n 型或 p 型半导体单电极的太阳能转 换效率被大幅度提升,那么它与金属对电极串联,或与对应的 p 型或 n 型半导体 光电极串联,抑或是与太阳能电池串联,所得到的光电化学水分解系统的太阳能 转换效率也会提升。

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