《黑化摻雜氧化鈦納米管陣列的微結構與光解水制氫研究》是依託上海交通大學，由丁冬雁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：黑化摻雜氧化鈦納米管陣列的微結構與光解水制氫研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁冬雁
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫能源是一種高效清潔能源，二氧化鈦半導體光解水制氫是提供氫源的重要途徑。本項目針對二氧化鈦材料光催化效率低、性能易衰減等缺點，通過元素摻雜和金屬還原的方式製備高效穩定的黑化摻雜氧化鈦納米管陣列光陽極。項目系統研究黑化摻雜氧化鈦納米管陣列的製備技術、微結構和光解水制氫特性,採用電化學和第一性原理模擬等方法揭示元素摻雜和空位/鈦離子對黑化摻雜氧化鈦半導體特性與光解水制氫性能的影響規律，探索高效穩定黑化摻雜氧化鈦納米光陽極的製備方法和光解水制氫機理。基於元素摻雜和黑化方法製備的黑化摻雜氧化鈦納米管陣列可表現出優越的光吸收能力和光解水制氫能力，項目研究成果可為高性能納米光陽極材料的設計和套用提供理論依據。
結題摘要
氫能源是一種高效清潔能源，二氧化鈦半導體光解水制氫是提供氫源的重要途徑。本項目針對二氧化鈦材料光催化效率低、性能易衰減等缺點，通過元素摻雜和金屬還原的方式製備新型黑化摻雜氧化鈦納米管陣列光陽極，系統研究了黑化摻雜氧化鈦納米管陣列的製備技術、微結構和光解水制氫特性, 採用電化學和第一性原理模擬等方法揭示元素摻雜和空位/鈦離子對黑化摻雜氧化鈦半導體特性與光解水制氫性能的影響規律，提出了高效穩定黑化摻雜氧化鈦納米光陽極的製備方法和光解水制氫機理。研究結果表明: (1)通過Ni元素、Si元素或Ni/Si元素摻雜及金屬Zn或Sn高溫還原的方式可以製備高效穩定的黑化摻雜氧化鈦納米管陣列光陽極。與未摻雜TiO2相比，黑化摻雜TiO2的光吸收能力顯著增強。通過Zn還原黑化可顯著提升Ni元素或Si元素摻雜氧化鈦納米管光陽極的光電流密度；通過Sn還原黑化可顯著提升Ni/Si共摻雜氧化鈦納米管光陽極的光電流密度；基於元素摻雜和黑化方法製備的黑化摻雜氧化鈦納米管陣列表現出優越的光電化學穩定性和光解水制氫能力。(2)Si元素摻雜不僅縮小了禁頻寬度，而且拓寬了價頻寬度，這在一定程度上提高了氧化鈦的光電性能。Ni元素、Si元素和Ti3+/氧空位共摻雜不改變TiO2納米管光陽極的N型半導體特性，氧空位的注入顯著影響Si摻雜TiO2的電子結構。Ti3+/氧空位的注入對Ni/Si共摻雜TiO2的電子結構產生重要影響。通過本項目的實施，初步建立了新型高效穩定黑化摻雜氧化鈦納米管陣列的微結構調控制備方法和光解水制氫理論，為後期高性能摻雜氧化鈦納米管光解水制氫系統的設計和套用奠定了科學理論基礎。
