论文总字数：19435字

摘 要

21世纪由于能源短缺、环境污染，人类迫切需要开发、使用新能源。为了高效地利用巨大、清洁的太阳能，人们对半导体光电催化技术展开了狂热、持久的研究。本论文中详细地解释了半导体光催化的反应原理，且具体地介绍了光催化技术的研究进程，包括目前半导体光催化技术在实现工业化过程中存在的问题以及解决相应问题的关键要点。并列举了目前常见的半导体材料，从其中选取拥有良好应用前景的氮氧化物作为具体研究对象，通过科研学家相关的研究报道，详细了解到提高氮氧化物光催化性能的研究方法，其中发现助催化剂的担载能够有效地提高半导体材料的光电性能。为了证明对ZnGaON半导体光催化剂展开研究的意义和价值，本课题以氮氧化物ZnGaON半导体材料作为实验对象，分别通过高温固相烧结法和高温熔盐离子交换法完成ZnGaON固体粉末的制备，并通过电泳沉积法将ZnGaON纳米晶粉末制备成纳米晶薄膜覆于电极之上，然后在电极上担载不同种类的助催化剂，同时实现对其光电性能的表征与调控。经研究发现，金属助催化剂确实能够显著提高半导体材料的光电性能，而Co金属有望替代贵金属成为最合适的助催化剂，非常具有应用前景。

关键词：半导体 氮氧化物 光电催化 助催化剂

Preparation and photoelectric catalytic properties of ZnGaONnanocrystallinefilms.

Abstract:

In 21st century， because of the energy shortage and the environmental pollution, It is urgent for mankind to develop and use new energy. In order to utilize the large and clean solar energy, people have carried out a zealous and lasting research on the semiconductor photoelectric catalytic technology. In this paper, the reaction principle of semiconductor photocatalysis is explained in detail, and the research progress of photocatalysis technology is introduced, including the problems existing in the process of industrialization of semiconductor photocatalytic technology and the ways to solve the corresponding problems. The common semiconductor materials are listed. We selected nitrogen oxides with good application prospect as the specific research objects. Then we studied the research methods to improve the photocatalytic performance of nitrogen oxides in detail and found that the loading of cocatalyst could effectively improve the photoelectric performance of semiconductor materials. In order to prove the significance and value of the research on ZnGaON semiconductor photocatalyst, this paper takes the nitrogen oxide ZnGaON semiconductor material as the experimental object. The ZnGaON solid powder was prepared by high temperature solid state sintering and high temperature molten salt ion exchange, and we prepared the ZnGaON nanocrystalline film on the electrode by electrophoretic deposition. Then different kinds of co-catalysts were loaded on the electrode. Then we characterized and regulated their photoelectric properties. It is found that metal cocatalyst can improve the photoelectricity performance of semiconductor material significantly, and Co metal is expected to replace precious metal as the most suitable cocatalyst, so it has a good prospect of application.

Key words: Semiconductor; Nitrogen oxides; Photoelectric catalysis; Cocatalyst

目 录

摘要： I

Abstract: II

第一章 引言 1

1.1 半导体光催化的基本知识 1

1.1.1 半导体光催化的原理 1

1.1.2 半导体光催化的研究进展 5

1.2 ZnGaON光催化材料 6

1.3 课题研究的目的及意义 7

1.4 课题研究的思路及内容 8

第二章 实验准备 9

2.1 实验试剂 9

2.2 实验仪器 10

2.3 实验方法 10

第三章 实验过程 13

3.1 ZnGaON的制备 13

3.2 纳米晶薄膜电极的制备 14

3.3 电极表面后处理 15

3.4 金属助催化剂的担载 15

3.5 实验结果及分析 17

3.5.1 晶体结构（XRD）分析 17

3.5.2 光电性能的测定结果及分析 18

3.6 本章小结 21

结语 22

参考文献 23

致谢 25

1. 引言

随着化石燃料等不可再生资源的急剧损耗、日益紧缺，同时还伴随着环境污染、温室效应的日益加重，人类的生存境况越发艰难。寻找不会对环境产生污染的非化石能源，减少温室气体CO₂的排放等问题已迫在眉睫，成为现代社会研究热点的重中之重，更是未来人类社会发展必须攻克的难题之一。目前已知的清洁能源主要有太阳能、风能、潮汐能等。在此之中，太阳能作为一种相对来说非常丰富的可持续清洁能源，一直被科研学家们广泛研究。1972年，藤岛昭和本多建一发现，TiO₂电极在紫外线的照射下可以将H₂O分解从而得到H₂和O₂[1]。众所周知，氢能是一种优质的新型能源，具有可再生、来源宽泛、清洁、高效等众多优点，是未来人类最理想的能源之一，开发使用氢能更被当代社会认为是解决能源问题的终极方法。藤岛昭等人的研究报导证明了光催化分解H₂O制H₂的可行性。自此，为了不断推进半导体光催化技术的发展，科研学家们对其开展了持久不歇的研究热潮，而寻找合适的半导体光催化材料毫无疑问地成为了研究的核心关键。

• 1. 半导体光催化的基本知识
     1. 半导体光催化的原理

光催化反应，顾名思义事实上就是在适当的光条件下发生的化学性催化反应，所以又被称为光化学反应。当光催化剂的分子吸收了特定波长的电磁辐射，电子被激发，此时分子处于激发态，从而可以与H₂O或者其他有机物发生氧化-还原反应。具体的过程可大概分为三步：

第一步，半导体吸收太阳光。在太阳光的辐射下，光催化剂吸收能量，当吸收的能量等于或大于半导体带隙宽度的时候，便会生成光生载流子。即半导体吸收太阳光能量，当吸收的能量值大于或等于其禁带宽度（Eg）时，半导体价带顶部的电子被激发，会从价带顶部跃迁到导带底，此时导带中便会有处于激发态的电子(e^_)，而半导体价带顶部则会产生带正电的光生空穴(h )。导带中激发态的电子有还原能力，而相应的位于价带中的光生空穴则具有氧化性，因此可以发生

请支付后下载全文，论文总字数：19435字