儲氫合金-Cr摻雜復(fù)合氧化物半導(dǎo)體電極的制備及其光電化學(xué)性能.pdf

1、近年來,由于能源與環(huán)境問題日益緊迫,為了實現(xiàn)對太陽能的低成本及高效轉(zhuǎn)化和儲存,各種光電化學(xué)電池引起了廣泛的研究.本文采用溶膠一凝膠法直接制備納米復(fù)合半導(dǎo)體材料Cr-Ba4In<,2>O<,7>/Cr-In<,2>O<,3>以及固相法制備Cr-lnNbO<,4>∶NiO,將得到的半導(dǎo)體材料與儲氫合金電極結(jié)合制備光電極并對其光電化學(xué)性能進(jìn)行研究. 眾多研究表明,復(fù)合半導(dǎo)體由于可提高載流子分離效率而具有較高的光催化活性.但目前均勻復(fù)合

2、半導(dǎo)體的制備一般需要高溫等較多步驟.本文通過對溶膠-凝膠法制備Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>和Cr-In<,2>O<,3>半導(dǎo)體材料的實驗條件進(jìn)行探索,成功實現(xiàn)一步合成直接制備均勻混合的Cr-BIO納米復(fù)合半導(dǎo)體材料.復(fù)合半導(dǎo)體材料由Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>納米棒(長50-150nm,直徑5-50 nm)和Cr-In<,2>O<,3>納米顆粒(粒徑30-90 nm)組成,且兩種材料之間均勻混合,可以充分接觸,因

3、此有利于光生載流子的有效分離.Cr-BIO材料紫外可見吸收光譜中吸收邊約480 nm,在可見光范圍具有明顯吸收利用.Cr-BIO半導(dǎo)體制備的Cr-BIO/Cu電極和Cr-BIO/Ni電極在光照下都表現(xiàn)出明顯的光電流響應(yīng). 將Cr-BIO與儲氫合金結(jié)合制備HSA/Cr-BIO光電極,在循環(huán)伏安曲線中,電極在光照下電流增大速率明顯比未受光照下的大.HSA/Cr-BIO電極在200 μA電流與光照同時充電時比僅200μA電流充電后放電

4、時間長(11.4小時vs 8.7小時),所增加的放電容量來自光生電子與空穴對儲氫合金電極的充電,表明該HSA/Cr-BIO電極具有明顯的光輔助充電性能.該電極的光輔助充電性能可能是由于在均勻混合,相互接觸的Cr-In<,2>O<,3>和Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>兩種半導(dǎo)體中存在能帶偏置,從而使光生載流子有效分離并遷移到半導(dǎo)體表面進(jìn)行光充電反應(yīng). 采用固相燒結(jié)法制備的(In<,0.9>Cr<,0.1>)NbO<,4>

5、光催化材料吸收邊約470 nm,且在530 nm處有一個較小的吸收峰,表明在可見光范圍具有明顯吸收利用.采用浸漬法可以在Cr-lnNbO<,4>顆粒表面均勻地沉積NiO納米顆粒得到Cr-InNbO<,4>∶NiO材料.將制備的Cr-lnNbO<,4>∶NiO材料與儲氫合金結(jié)合制備HSA/Cr-BIO光電極,在循環(huán)伏安曲線中,電極光照下電流增大速率明顯比未受光照下的大.HSA/Cr-InNbO<,4>∶NiO電極也表現(xiàn)出明顯的光輔助充電性