光電池α-Fe2O3陽(yáng)極及PbTiO3陰極的表面改性對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的影響.pdf

1、利用半導(dǎo)體材料光解水制氫是將豐富的自然物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰縼?lái)源的一種好方法。對(duì)光解水來(lái)說(shuō),要求光電極具有光電轉(zhuǎn)換效率高、可見(jiàn)光響應(yīng)好、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了用于光解水的α-Fe2O3薄膜光陽(yáng)極及表面Fe(III)摻雜與嫁接的PbTiO3薄膜光陰極的制備及其光電化學(xué)特性。
　　(1)使用溶膠-凝膠法制備了α-Fe2O3薄膜,研究了氫氟酸浸蝕薄膜表面對(duì)其光電化學(xué)性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),薄膜表面的孔洞和間隙隨著氫氟酸浸蝕

2、時(shí)間的增長(zhǎng)而發(fā)生變化。氫氟酸浸蝕5分鐘,α-Fe2O3電極的光電流降低;隨后隨浸蝕時(shí)間增加而迅速增加;當(dāng)浸蝕時(shí)間大于15分鐘時(shí),其光電流再次下降,但對(duì)浸蝕過(guò)的樣品再退火處理可以使光電流大幅增加。通過(guò)電化學(xué)交流阻抗譜,拉曼和X射線光電子能譜分析,我們提出了兩個(gè)影響光電流的因素:氫氟酸表面浸蝕造成薄膜表面的多孔性和結(jié)晶度的降低。為此,我們通過(guò)示意圖解釋了結(jié)合浸蝕和退火后處理兩個(gè)步驟來(lái)增強(qiáng)α-Fe2O3薄膜光解水電極光催化活性的原理。相對(duì)于初

3、始的α-Fe2O3電極,浸蝕并且再退火處理后,其光電性質(zhì)更加穩(wěn)定,光解水的法拉第效率可達(dá)90％。
　　(2)使用溶膠-凝膠法在ITO石英玻璃基片上制備了PbTiO3薄膜,研究了表面Fe(III)離子摻雜和嫁接對(duì)其光電性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),表面Fe(III)離子摻雜和嫁接都可以有效地提高PbTiO3薄膜的光電流。通過(guò)透射光譜以及光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)測(cè)試發(fā)現(xiàn),表面Fe(III)離子摻雜可以使PbTiO3薄膜禁帶寬度變窄并增強(qiáng)其對(duì)可