無機(jī)半導(dǎo)體光電極的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、近幾十年來，能源危機(jī)和環(huán)境問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，因此開發(fā)新型清潔能源勢在必行。通過半導(dǎo)體光電催化技術(shù)開發(fā)利用豐富的太陽能是解決日益增長的能量需求最有潛力的途徑之一。目前光電催化技術(shù)的研究主要集中在高效穩(wěn)定的光電極材料的開發(fā)探索，其中，納米片或納米線狀結(jié)構(gòu)材料修飾的電極可以為光生載流子提供直接傳輸通道，對于光電化學(xué)反應(yīng)來說比傳統(tǒng)平板電極更具優(yōu)勢。因此本文選取兩種對可見光有一定吸收能力的常見半導(dǎo)體氧化物---三氧化鎢和氧

2、化亞銅作為研究對象，制備了具有納米片狀和納米線狀結(jié)構(gòu)材料修飾的光電極，研究工作可分為兩大部分：1)通過碳量子點修飾、分級結(jié)構(gòu)構(gòu)建和半導(dǎo)體復(fù)合等手段對三氧化鎢納米片電極進(jìn)行優(yōu)化并將其作為光陽極，探索了所制備電極的光電化學(xué)性能；2)通過無定型碳來修飾氧化亞銅納米線電極并將其作為光陰極，系統(tǒng)研究了碳修飾對氧化亞銅納米線電極光電化學(xué)分解水性能的影響。主要的研究工作如下：
　?。?）通過水熱結(jié)合種子層誘導(dǎo)方法在氟摻雜二氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上生

3、長三氧化鎢納米片，通過浸泡方法將碳量子點修飾到上述三氧化鎢電極上得到碳量子點/三氧化鎢復(fù)合電極，并研究了其光電化學(xué)性能。結(jié)果表明，復(fù)合電極具有良好的光電化學(xué)性能。碳量子點具有良好的吸光性能、上轉(zhuǎn)化熒光特性和存儲電子的能力，當(dāng)其修飾到三氧化鎢納米片后，復(fù)合電極的光吸收性能得到增強(qiáng)，同時電極中光生電子空穴對的分離能力得到提升。
　?。?）在上述制備的空白三氧化鎢納米片基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過水熱方法構(gòu)建具有分級結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極，并系統(tǒng)

4、研究了分級結(jié)構(gòu)電極的光電化學(xué)性能。實驗結(jié)果表明，具有分級結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極的光電化學(xué)性能與空白納米片電極相比有了一定程度的提高。分級結(jié)構(gòu)可以通過多級散射效應(yīng)增強(qiáng)三氧化鎢電極對光的吸收，同時電極-電解液界面更多反應(yīng)位點得以暴露，界面電荷傳輸能力得到提高。此外將具有分級結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極與單結(jié)鈣鈦礦電池進(jìn)行集成，集成體系在無外加偏壓施加的條件下實現(xiàn)了太陽能分解水。
　?。?）通過恒電位沉積方法在三氧化鎢納米片上修飾碘氧化鉍

5、來制備碘氧化鉍/三氧化鎢復(fù)合電極，研究了其光電化學(xué)性能。結(jié)果表明，碘氧化鉍在可見光區(qū)具有良好的吸光性能，同時復(fù)合電極中光生電子和光生空穴的定向傳輸可以使它們有效分離，進(jìn)而使碘氧化鉍/三氧化鎢復(fù)合電極表現(xiàn)出良好的光電化學(xué)性能。
　?。?）以銅箔為基底通過電化學(xué)陽極氧化、葡萄糖溶液浸泡并結(jié)合退火的方法制備了碳包覆的氧化亞銅納米線光陰極，考察了葡萄糖溶液濃度對碳包覆氧化亞銅納米線電極光電性能的影響。結(jié)果表明，碳修飾的氧化亞銅納米線電極具