项目名称: 高效光分解水的Co3O4纳米材料制备及其电子学特性研究

项目编号: No.61501408

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 徐宏妍

作者单位: 中北大学

项目金额: 23万元

中文摘要: 利用光能分解水制氢是最理想的绿色制造氢气的方式。研究发现利用一些具有光催化活性的纳米半导体金属氧化物可实现水的光分解,但目前利用金属氧化物(如TiO2)设计的光解水制氢系统对太阳能的利用效率低,所需激发能量较高,不宜推广。Co3O4因具有适宜的带宽、低廉的价格、环境友好等特性在光解水方面受到较多关注。而提高光解水效率的核心问题是系统研究光催化剂材料的能级结构等电子学特性,因此本课题拟采用脱脂棉作为分散剂和碳源来合成具有高比表面积的Co3O4,通过氢化处理制备出一种寿命长且效率高的表面无序结构光催化剂, 拓宽其光谱吸收范围; 继而通过金属、非金属掺杂改变其能级结构以及贵金属修饰、与半导体TiO2复合等方式减小光生电子和空穴湮灭几率,提高Co3O4纳米材料在可见光下的光催化活性,高效吸收太阳光进行光解水制氢,为解决能源与环境污染问题奠定坚实的基础。

中文关键词: 光解水;纳米相无序;四氧化三钴;纳米材料

英文摘要: Photocatalytic water splitting is the optimal method to produce hydrogen. It is reported that a number of nano-semiconducting metal oxides, which have photocatalytic activity, can split the water under solar light. But the low efficiency of solar energy utilization and high excitation energy make the photocatalytic water splitting for hydrogen difficult for the wide application, using the present system designed with semiconducting metal oxides, such as TiO2. Friendly Co3O4 with a bandgap of about 2.1 eV has attracted much attention due to its low cost in terms of photocatalytic water splitting for hydrogen. The energy level structure of photocatalyst and the characteristics of electronics are considered as the core issues of water splitting. In this project, Co3O4 nanomaterial with high specific surface area is synthesized using degreasing cotton as a dispersant and carbon source.Co3O4 with surface disordered structure as a durable and efficient photocatalyst is prepared by hydrotreating to broaden its spectral absorption, and then modified through the metal and nonmetal doping to change its energy level structure. Furthermore through decorating with precious metals and combining with semiconductor TiO2 to reduce the recombination rate of the photo-generated electron-hole, the photocatalytic activity of Co3O4 is improved in the process of water splitting for hydrogen under visible light. The project can lay a solid foundation in solving the problems of energy and environmental pollution.

英文关键词: photocatalytic water splitting;Disorder of nanophase;Co3O4;Nanomaterials

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