當前環境污染和能源短缺問題日益嚴峻,作為解決問題的有效手段之一就是利用太陽能基于各種半導體光催化劑分解水從而獲得環境友好綠色且高效的氫能。用于光解水產氫氣和氧氣的半導體光催化劑必須滿足幾個基本條件,如具有合適的能隙值,能有效捕獲太陽光,產生光生載流子;其價帶頂和導帶底位置必須與水的氧化還原電位匹配;光生電子和空穴能有效分離和遷移,再分別參與產氫和產氧反應等。近年來,由于其具有高比表面積、反應位點多、載流子遷移距離短、以及豐富且易于調控的物理化學性質,基于二維材料構建高性能光解水催化劑正引起極大的研究興趣。其中一個前沿基礎性課題是通過界面耦合形成二維異質結來提升二維材料的光催化性能。本碩士學位論文,主要采用第一性原理計算,研究了幾個二維異質結,側重通過界面極化電場和能帶位置與水氧化還原電位匹配情況來表征它們的光催化水解特性,由如下幾章組成。第一章,簡要介紹了電子密度泛函理論和本論文采用的計算軟件-VASP軟件。第二章,對二維光解水催化劑的研究現狀進行簡要介紹,包括光解水的基本原理、二維光解水催化劑的研究概況、提升二維光解水光催化劑性能的一些有效手段、以及本文的研究動機。第三章,基于第一性原...

【文章頁數】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１自洽求解ＫＳ方程流程圖

?電子密度泛函理論和ＶＡＳＰ計算軟件簡介???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＾....

圖２．?１?ＴｉＯ：做電極進行水分解示意圖

氫的基本原理??眾所周知，氫能是一種終極的清潔能源，所以，從能源和環境的角度出發，??利用太陽能等自然能獲得氫氣是十分有利的，即太陽能制氫，根據獲得手段和??過程的不同，有三種典型的方法：用太陽能電池或者水力發電等電解水；電化??學水解：光催化水解〃］。其中，光催化分解水也被稱為....

圖２．?３典型的二維體系

劑的研究概況??在石墨烯ｗ問世后，就改變了人們之前的認知一二維體系無法穩定存在的，??石墨烯不但證明了二維體系是穩定的，還具有與塊體不同的獨特的物理化學性??質。此后，人們就開始將物質的研究延伸至二維體系，至今，己經有大量的層??狀體系，通過機械剝離可以獲得具有獨特性質的二維體系....

圖２．４測試體系中（ａ）未加入和（ｂ＞加入催化劑后的氫氣和氧氣產出情況

化電位??距離偏小，驅動力不夠），還在可見光范圍內具有很好的光吸收，它的吸收系??數可以達到］Ｏｋｎｒ１，堪比于有機鈣鈦礦太陽能電池的吸收系數。前者是理論研??宄工作，并不代表二維體系用于光催化水分解僅僅限于理論研究，在實驗合成??和驗證過程中，也具有很多成果，比如最近在實驗中發....

本文編號：4059160