论文总字数：19467字

摘 要

在这个时代，传统的化石能源例如石油和煤炭，早已被证明有朝一日会被使用殆尽，并且人类对它们的无限制利用对地球环境造成了难以想象的污染。太阳能作为新能源的重要组成部分，尤其是太阳光催化制氢，两种廉价而几乎无限的资源相组合，已足以成为相关研究热点。而氮氧化物作为催化媒介，相关材料开发对于光电催化的进展有巨大帮助。

LaTiO₂N作为氮氧化物光电极中近几年被合成出的新材料，有众多可研究的方面。LaTiO₂N有许多优点，同时也存在不少缺点。在此着重研究LaTiO₂N中缺陷对其作为光电极有何等影响。本文首先阐述了前人所做的相关研究，介绍了当今氮氧化物光电极的应用情况。主要工作成果与研究如下：使用多种方法尝试制备了LaTiO₂N的前驱体La₂Ti₂O₇；氮化制得纯净的LaTiO₂N；控制时间变量用H₂还原LaTiO₂N使得LaTiO₂N产生不同的缺陷状况；用所得的有缺陷的不同样品制成光电极，检测它们的光催化能力。证明有不同程度缺陷的样品在光催化能力方面有相当的差异。本文研究的目的是通过控制缺陷状态，能够找到最佳的状态使样品发挥光催化性能。

关键词：光催化 氢气 氮氧化物 半导体 缺陷

Abstract

In this era, traditional fossil fuels such as oil and coal have long been proven to be used up one day, and the unrestricted use of humans has caused unimaginable pollution to the Earth's environment. As an important part of new energy, solar energy, especially solar photocatalytic hydrogen production, the combination of two cheap and almost unlimited resources has become a research hotspot. With nitrogen oxides as catalytic media, the development of related materials has greatly contributed to the progress of photoelectrocatalysis.

LaTiO₂N is a new material synthesized in the past few years as a nitrogen oxide photoelectrode, and has many researchable aspects. LaTiO₂N has many advantages and also has many disadvantages. Here, we focus on how the defects in LaTiO₂N affect it as a photoelectrode. This paper first expounds the related research done by the predecessors and introduces the application of NOx photoelectrodes. The main work and research are as follows: LaTiO₂N precursor La₂Ti₂O₇ was prepared by various methods; pure LaTiO₂N was obtained by nitriding; LaTiO2N was reduced by H₂ control time variable to make LaTiO2N produce different defect conditions; The samples were made into photoelectrodes and their photocatalytic ability was examined. Samples with varying degrees of defects have been shown to have considerable differences in photocatalytic capabilities. The purpose of this study is to determine the optimal state for the sample to exert photocatalytic properties by controlling the defect state.

Key words: Photocatalysis Hydrogen NOx Semiconductor Defect

目录

摘 要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1 课题的研究背景 6

1.2 光电催化理论 6

1.3当今氮氧化物催化相关研究发展 7

1.4本文的研究内容及研究意义 8

第二章 实验准备 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验器材 10

2.3 实验方法 11

第三章 LaTiO₂N光电极的制备及其光电催化性能的研究 12

3.1 实验部分 12

3.1.1 LaTiO₂N纳米材料的制备 12

3.1.2 将La₂Ti₂O₇前驱体氮化为LaTiO₂N 13

3.1.3 构造LaTiO₂N纳米材料中的缺陷 15

3.1.4 制备电极 16

3.1.5 对电极表面进行电连接处理 16

3.1.6 对电极表面使用助催化剂进行担载 17

3.2 测试与表征 18

3.3 实验结果与分析 18

3.3.1 X射线衍射图谱的分析 18

3.3.2对光电流密度的分析 21

3.4 本章小结 23

总结与展望 24

参考文献 25

致谢 29

绪论

• 1. 课题的研究背景

当前，随着石油煤炭等等传统化石燃料的储量日渐穷尽，全人类正面临着无能源可使用的巨大危机，与此同时这些化石燃料的使用也伴随着对地球的严重污染。因此，解决当前严重的能源短缺和和环境污染问题已迫在眉睫。1972年，氢首次被发现可以通过TiO₂电极水的光降解产生，半导体光催化技术从此之后已经成为公认的能够藉此解决世界能源危机的手段。太阳能取之不尽用之不竭，通过光催化技术利用太阳能来分解水生产氢、消解污染物和还原二氧化碳解决温室效应问题，对人类裨益良多。氮氧化物在近些年得到了相当的关注，这类物质在可见光响应性光催化剂和无毒无机颜料方面都表现出很大潜力。

氢气可以说是人类目前最理想的能量来源，包括一下众多优点：

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