多級納米陣列結(jié)構(gòu)光電陽極材料的制備及性能研究.pdf

1、近幾十年，能源危機成為全球關(guān)注的問題，開發(fā)利用新能源已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點，光電化學(PEC)分解水制氫為人類獲取新能源提供了一種有效的方法。傳統(tǒng)的光電陽極材料主要是以TiO2，ZnO，WO3等為代表的半導體氧化物材料，但這些傳統(tǒng)光電陽極材料存在著可見光利用率低、光生電子-空穴易復合和量子效率低等問題，限制了它們的近一步應(yīng)用。本文在傳統(tǒng)的光電陽極材料ZnO，WO3基礎(chǔ)上，通過構(gòu)筑ZnO納米陣列多級結(jié)構(gòu)、沉積貴金屬金納米顆粒和引入水滑石

2、(LDH)助催化劑等方法，在提高活性位，抑制電子-空穴復合，擴大光譜吸收以及提高水氧化動力學等方面實現(xiàn)了對光電陽極材料的優(yōu)化，提高了光電化學分解水的性能。同時，通過DFT理論計算的方法對光電陽極材料在光電化學分解水的過程中一些機理進行了探索。
　　具體研究內(nèi)容如下:
　　1、通過水熱法合成了ZnO NR@NP核殼陣列，研究表明ZnONR@NP核殼陣列多級結(jié)構(gòu)有利于ZnO活性位點的暴露，提高了光電化學分解水的效率。進一步用Au

3、納米顆粒進行修飾后，Au-ZnONR@NP陣列光電流有很大提高，在電壓0.6 V vs.Hg/Hg2Cl2下光電流密度為1.47 mA·cm-2，而ZnO NR@NP陣列為1.17 mA·cm-2。Au-ZnO NR@NP光電化學分解水性能的增強是由于金納米顆粒形成電子陷阱抑制了ZnO光生電子-空穴對的復合，同時，金納米顆粒的SPR效應(yīng)提高了可見光的利用率。密度泛函理論(DFT)計算進一步證明ZnO的光激發(fā)電子容易轉(zhuǎn)移到Au納米顆粒上。

4、該工作提供了一個有效的制備貴金屬/半導體多級結(jié)構(gòu)納米陣列的方法。
　　2.通過電合成的方法實現(xiàn)了NiFe-LDH納米片在WO3納米線陣列上的有序生長，并探究了在光電化學分解水方面NiFe-LDH與WO3之間的協(xié)同作用。WO3本身具有光催化性能，NiFe-LDH具有優(yōu)良的電催化性能，兩者結(jié)合形成的WO3@NiFe-LDH核殼納米陣列顯著增強了光電化學分解水的性能。NiFe-LDH殼作為助催化劑增加了整個體系的反應(yīng)動力學，同時抑制了W