半導(dǎo)體氧化物(ZnO、ZnFe2O4、α-Fe2O3)光陽極的電化學(xué)制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們紛紛嘗試尋找各種能替代石油、煤等傳統(tǒng)能源和解決環(huán)境問題的新方法，而太陽能作為一種清潔無污染、儲(chǔ)量豐富、取之不盡用之不竭的能源，將會(huì)對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。為滿足目前人類的能源需求，太陽能的光電轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換效率將會(huì)是太陽能轉(zhuǎn)換為電能的重要技術(shù)所在。
　　本文主要以陰極電沉積的方法制備出了ZnO、ZnFe2O4和α-Fe2O3三種n型半導(dǎo)體光陽極薄膜材料

2、，并對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、形貌、光電化學(xué)性能等方面進(jìn)行了一系列的表征與研究。本論文研究分為三部分:
　　(1)脈沖電沉積法制備片狀ZnO及其光電化學(xué)性能研究。以硝酸鋅為前驅(qū)體液，考察了在前驅(qū)液中添加不同含量的Ca2+離子對(duì)脈沖電沉積制備的ZnO納米結(jié)構(gòu)的取向、形貌和光電化學(xué)性能的影響。X射線粉末衍射儀(XRD)和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)結(jié)果表明，Ca2+通過面選擇性靜電吸附在氧化鋅帶負(fù)電的(002)晶面上，抑制了該晶面的生長，

3、使得氧化鋅納米六方柱的縱橫比降低，從而形成了多孔片狀ZnO納米結(jié)構(gòu)。電子能譜(EDS)、紫外可見吸收光譜（UV-Vis）和熒光光譜(PL)結(jié)果表明Ca2+并沒有摻雜到氧化鋅晶格中去，驗(yàn)證了面選擇性靜電吸附這一機(jī)理。光電化學(xué)性能和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試表明由多孔片狀ZnO納米結(jié)構(gòu)組成的光陽極具有更好的光電化學(xué)響應(yīng)性能和界面電子轉(zhuǎn)移效率。
　　(2)尖晶石ZnFe2O4的電沉積制備及其光電化學(xué)性能的研究。以87mMFe3+，30mMZn2+

4、與100mM三乙醇胺的絡(luò)合強(qiáng)堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電位陰極還原電沉積法在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積了一層褐色的ZnFe2O4薄膜電極，將實(shí)驗(yàn)制備所得薄膜電極分別于Ar氛圍和O2氛圍中在500℃下煅燒3h，后對(duì)煅燒后的樣品進(jìn)行XRD、SEM、Raman、UV-Vis、XPS的表征與光電性能的測(cè)試，結(jié)構(gòu)與形貌的表征結(jié)果表明，Ar氛圍與O2氛圍中煅燒后的ZnFe2O4樣品均為正尖晶石八面體結(jié)構(gòu)，然而Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣

5、品相較于O2下煅燒的樣品和煅燒前的樣品，其顯示了良好的光電化學(xué)性能，由于XPS結(jié)果表明Ar氛圍下煅燒的樣品含有一定量的C元素（三乙醇胺碳化），我們推斷Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣品中合有的C元素加強(qiáng)了樣品內(nèi)部光生電子的遷移速率，使電子能順利的跑出樣品表面到達(dá)對(duì)電極，形成電流回路。
　　(3)α-Fe2O3的電沉積制備及其光電化學(xué)性能的研究。以87mMFe3+與100mM三乙醇胺的絡(luò)合強(qiáng)堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電