Sulfurization and Atmosphere Air Plasma Treatment of SnSx (x=1 2) Thin Films as an Effective Catalyst for Efficient Water Splitting

論文翻譯標題: 硫化處理與大氣電漿活化硫化錫/二硫化錫薄膜應用於高效水分解催化劑之研究
  • 黃 柏嘉

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

近年來,氫能源是個乾淨、環保、零汙染排出的能源載體,堪稱是現今最被期待的再生能源之一。傳統的水分解產氫轉換效率較低,需要藉由電觸媒的協助提升轉換效率。其中SnSx (x=1 2)擁有窄能隙、良好的化學穩定性、低成本、無毒等優點,被認為適合應用於水分解產氫之觸媒。然而其應用瓶頸為材料表面呈化學惰性、反應點侷限等緣故,使SnSx (x=1 2)不利於氫的吸附及脫附。為了改善以上缺點,?多研究都導向表面化學活性及原子級的修飾等方向發展。本研究將分為三個主軸進行討論,第一階段是藉由熱注入法合成SnS奈米晶體,進一步在低真空下進行硫化處理使SnS薄膜相變化成SnS2薄膜,最終將SnS與SnS2薄膜分別應用於光催化水分解之電極。由結果指出,在硫化處理後所得之SnS2薄膜擁有較低的電荷轉移電阻與高載子濃度等特性,同時我們解釋了SnSx (x=1 2)薄膜在光催化過程中能階-能帶與電解質之相對關係與反應機制。第二階段會將SnS薄膜進一步以不同?率空氣電漿進行表面活化處理。實驗結果顯示,150W空氣電漿改變材料表面電子組態後,會在表面導入p型費米釘札,並產生具有較高親水性表面,使其更適合氫吸附及脫附,討論表面電漿對SnS薄膜表面能階-能帶位偏移對水分解產氫機制之變化。第三階段比較「表面硫化處理」與「表面大氣電漿處理」對於SnS薄膜水分解產氫之效率,由實驗結果可得知150W大氣電漿處理之SnS薄膜在3小時可產生66 37?mol之氫氣,且法拉第轉換效率可達62 6%,其結果明顯優於表面硫化處理之產氫率。表面大氣電漿處理可以在短的處理時間內大幅增加產氫之效率,同時實驗操作技術也更為快速便利。因此我們認為表面大氣電漿處理能更能有效提升SnS薄膜之水分解產氫效率。
獎項日期2019
原文English
監督員Jow-Lay Huang (Supervisor)

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