發(fā)布時(shí)間：2020-06-20 02:39

【摘要】：通過半導(dǎo)體將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能實(shí)現(xiàn)光電催化分解水產(chǎn)氫作為緩解當(dāng)下環(huán)境污染和能源危機(jī)的有效途徑之一,已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。而實(shí)現(xiàn)高效的光電催化分解水的關(guān)鍵是高效穩(wěn)定的半導(dǎo)體光電極材料的研究。國內(nèi)外的研究者已對半導(dǎo)體電極材料進(jìn)行了各種研究改性,并取得一系列的研究成果�？梢姽忭憫�(yīng)范圍、光生電子空穴分離效率、反應(yīng)動(dòng)力、穩(wěn)定性等仍然是制約光電極實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化效率的重要因素。鉍酸鈣(CaBi_xO_y)由于其可見光響應(yīng)、光催化效率高且穩(wěn)定性好而被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域,但在光電催化領(lǐng)域卻鮮有報(bào)道。本文采用水熱法和旋涂法在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備了兩種CaBi_xO_y薄膜,并將其作為光陽極用于光電化學(xué)水分解。分析了薄膜合成過程中的化學(xué)反應(yīng)過程及成膜機(jī)理,研究了pH、水熱時(shí)間等工藝參數(shù)對CaBi_xO_y形貌的影響規(guī)律,探討了形貌、厚度等對薄膜光電性能的影響機(jī)制。此外,基于厚CaBi_6O_(10)納米片結(jié)構(gòu)良好的吸光性能和載流子傳輸特性,沉積窄禁帶Cu_2O形成異質(zhì)結(jié),研究異質(zhì)結(jié)對光電極光電性能的影響機(jī)理,分析異質(zhì)結(jié)光電極體系中光生載流子的分離與輸運(yùn)機(jī)制;通過NiOOH對光電極進(jìn)行進(jìn)一步改性,分析了其對水氧化反應(yīng)動(dòng)力的影響規(guī)律及作用機(jī)理。結(jié)果表明,通過控制水熱時(shí)間制備了不同形貌的CaBi_2O_4薄膜,180°C下水熱12 h制得的啞鈴狀CaBi_2O_4獲得最大光電流密度0.26 mA/cm~2(1.23 V vs.RHE)。通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液pH值和旋涂次數(shù)制備了不同形貌和厚度的CaBi_6O_(10)薄膜,具有300 nm厚的厚CaBi_6O_(10)納米片薄膜獲得了最大光電流密度0.39 mA/cm~2,可歸因于厚的納米片結(jié)構(gòu)有利于光的捕獲和電子的傳輸以及適當(dāng)?shù)暮穸扔欣谔岣呶鈴?qiáng)度和光生載流子分離效率。利用Cu_2O對厚CaBi_6O_(10)納米片進(jìn)行改性形成異質(zhì)結(jié),拓寬了光響應(yīng)范圍,促進(jìn)了光生電子-空穴對的分離和傳輸,其光電流密度達(dá)到1.31 mA/cm~2(1.23 V vs.RHE),是單純CaBi_6O_(10)樣品的3.3倍。沉積NiOOH助催化劑對CaBi_6O_(10)/Cu_2O光電極進(jìn)行進(jìn)一步的改性,有效抑制了光生載流子的復(fù)合,促進(jìn)了表面水氧化反應(yīng),所獲得的三元CaBi_6O_(10)/Cu_2O/NiOOH光電極的光電流密度增加至1.89 mA/cm~2(1.23 V vs.RHE),是單純CaBi_6O_(10)光電極的4.8倍,并且光電流起始電位從0.123 V vs.RHE負(fù)移至0.027 vs.RHE。同時(shí),由于NiOOH可快速捕獲電極表面的光生空穴,避免了Cu_2O的氧化,大大提高了CaBi_6O_(10)/Cu_2O/NiOOH光電極的穩(wěn)定性。2 h持續(xù)光照之后,CaBi_6O_(10)/Cu_2O/NiOOH光電極的光電流密度仍保持初始光電流密度的89%。
【學(xué)位授予單位】：天津城建大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TQ116.2
【圖文】：

圖 1-1 半導(dǎo)體光電極 PEC 水分解制氫示意圖[21]. 1-1 Diagram of photoelectrochemical cell for water splitting[21]了一個(gè)簡單的 PEC 水分解系統(tǒng)示意圖，包含兩個(gè)浸入

圖 1-2 光催化水分解勢能圖[22]energy diagram for photocatalytic water splitsemiconductor system[22]

【參考文獻(xiàn)】

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