銻系硫化物光電特性的研究及在儲(chǔ)能上的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-03-24 09:25
超級(jí)電容器作為一種常見的儲(chǔ)能器件,在近年來的發(fā)展中極具競(jìng)爭(zhēng)力。在其常用的電極材料中,金屬硫化物因其特殊的層狀晶格結(jié)構(gòu)近年來在該領(lǐng)域引起了許多關(guān)注。由于該類材料多為半導(dǎo)體,故電子導(dǎo)電性較低,但其導(dǎo)電特性與其摻雜或缺陷濃度和光誘導(dǎo)狀態(tài)等都有密切關(guān)系,所以具有很大的提升空間。目前,鮮有研究探討半導(dǎo)體的這些光電性質(zhì)與其作為電容材料的性能之間的聯(lián)系。因此,本文利用電化學(xué)沉積法制備了Sb2S3薄膜,并對(duì)該薄膜進(jìn)行了“PVP誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)”和“PANI與Sb2S3復(fù)合”兩種改性,在克服金屬硫化物導(dǎo)電率低這一缺點(diǎn)的同時(shí),探究了其在超級(jí)電容器,特別是微型超級(jí)電容器中應(yīng)用的可能性。研究發(fā)現(xiàn),HCl的含量對(duì)Sb2S3在ITO上的成膜有著重要的影響。當(dāng)HCl含量為5 m L時(shí),沉積液p H為0.6～0.7,此時(shí)Sb2S3薄膜的性能最好,納米顆粒直徑也更為細(xì)小�？紤]到PVP作為表面活性劑可以誘導(dǎo)產(chǎn)生的新型納米結(jié)構(gòu),是提高Sb2...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
掃描速度為100mV/s時(shí)，F(xiàn)TO基底上的循環(huán)伏安圖[5]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-生電位[11]。圖1-2pH=2.5-3、浴溫25℃下的循環(huán)伏安圖[11]a)1.5mMSbCl3溶液；b)18mMNa2S2O3；c)1.5mMSbCl3和18mMNa2S2O3的混合物如圖1-2所示，對(duì)于1.5mM的SbCl3單前驅(qū)體溶液來說，在正向掃描的過程中，陰極電流自-0.38V開始而急劇增加，在-0.82V左右出現(xiàn)了一個(gè)還原峰，此處對(duì)應(yīng)反應(yīng)式1-6，即Sb3+的還原：Sb3++3e-→Sb（1-6）此后陰極電流的增長(zhǎng)不再是因?yàn)榻饘賁b的沉積，而是因?yàn)槲鰵浞磻?yīng)的出現(xiàn)。在濃度為18mM的Na2S2O3溶液中，還原峰的位置位于-0.62V左右。該峰對(duì)應(yīng)的還原反應(yīng)可能如式1-7和1-8所示：S2O32-+6H++4e-→2S+3H2O（1-7）S+2H++2e-→H2S(aq)（1-8）由于上述反應(yīng)可能獨(dú)立存在也可能二者并存，因此不能確定最終的還原產(chǎn)物是單質(zhì)S還是H2S。同時(shí)，該溶液在反掃過程中的CV曲線無明顯氧化峰出現(xiàn)，作者認(rèn)為這種現(xiàn)象的出現(xiàn)有兩個(gè)潛在的原因：一方面可能是由于氧化反應(yīng)發(fā)生在比測(cè)量范圍更正的電位；另一方面若S2O32-的最終產(chǎn)物是H2S，則不存在
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-還原產(chǎn)物氧化溶解在電解液中的過程�；谝陨蠈�(duì)單一物質(zhì)溶液電化學(xué)行為的研究，在pH約為2.5~3的混合沉積液中，自-0.54V開始，Sb3+與S（或S2-）結(jié)合生成Sb2S3。反向掃描時(shí)，由于基底表面的變化，陰極電流相比正掃有所減校當(dāng)電位進(jìn)一步增加至0.15V時(shí)，還原產(chǎn)物被氧化溶解。因此，在該沉積體系中，Sb2S3的沉積范圍為-0.54V~-0.72V[11]。圖1-3當(dāng)電沉積條件不同時(shí)，TCO上Bi2S3薄膜的SEM圖像[7]a)J=2mA/cm2，80℃；b)J=2mA/cm2，100℃；c)J=2mA/cm2，130℃；d)J=2A/cm2，150℃；e)J=3.5mA/cm2，130℃；f)J=0.75mA/cm2，130℃以往的研究顯示，基于三電極體系直接電化學(xué)沉積所得的硫化物薄膜形貌較為單一，多數(shù)情況下均為球狀納米顆粒堆積構(gòu)成的多孔網(wǎng)絡(luò)。這種多孔結(jié)構(gòu)雖然也可以容納電解質(zhì)離子的嵌入，但是由于球狀結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，在大電流密度下多次充放電后，電極材料極易因結(jié)構(gòu)膨脹而出現(xiàn)性能的大幅度下降。因此，拓寬電沉積所得納米結(jié)構(gòu)的形貌多樣性，已經(jīng)成為提高該類材料在能源領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值的重要途徑[12]。Hou等人通過雙電極沉積獲得了沿（001）晶面生長(zhǎng)的Sb2S3納米棒[13]。Georges等人圍繞沉積電流和沉積溫度兩個(gè)變量，探究了二者對(duì)Bi2S3形貌的影響[7]。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)恒電流密度為2mA/cm2時(shí)，在80℃沉積溫度下會(huì)形成具有糾纏形態(tài)的多孔網(wǎng)絡(luò)（圖1-3a）；當(dāng)溫度升到100~130℃時(shí)，膜結(jié)構(gòu)則變?yōu)橹睆?.4~0.6μm柱狀物緊密堆積構(gòu)成的致密層（圖1-3b,c）；而150℃時(shí)，柱狀物直徑有所增加，且更傾向于形成不規(guī)則六棱柱（圖1-3d）。另外，當(dāng)沉積溫度為130℃時(shí)，在3.5A/cm2和2A/cm2電流密度下沉積會(huì)形成致密的Bi2S3薄膜（圖1-3e）；但在0.75mA/cm2下形成的薄膜形貌則是由六角
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]CuSbS2和Cu2ZnSnS4 p-n結(jié)納米線光陽極的制備、表征及其光電性能研究[D]. 蘇榮榮.華南理工大學(xué) 2018
[2]化學(xué)浴沉積法制備Cd摻雜Sb2S3薄膜及其光電應(yīng)用[D]. 張楠楠.濟(jì)南大學(xué) 2015
本文編號(hào)：3097484
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
掃描速度為100mV/s時(shí)，F(xiàn)TO基底上的循環(huán)伏安圖[5]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-生電位[11]。圖1-2pH=2.5-3、浴溫25℃下的循環(huán)伏安圖[11]a)1.5mMSbCl3溶液；b)18mMNa2S2O3；c)1.5mMSbCl3和18mMNa2S2O3的混合物如圖1-2所示，對(duì)于1.5mM的SbCl3單前驅(qū)體溶液來說，在正向掃描的過程中，陰極電流自-0.38V開始而急劇增加，在-0.82V左右出現(xiàn)了一個(gè)還原峰，此處對(duì)應(yīng)反應(yīng)式1-6，即Sb3+的還原：Sb3++3e-→Sb（1-6）此后陰極電流的增長(zhǎng)不再是因?yàn)榻饘賁b的沉積，而是因?yàn)槲鰵浞磻?yīng)的出現(xiàn)。在濃度為18mM的Na2S2O3溶液中，還原峰的位置位于-0.62V左右。該峰對(duì)應(yīng)的還原反應(yīng)可能如式1-7和1-8所示：S2O32-+6H++4e-→2S+3H2O（1-7）S+2H++2e-→H2S(aq)（1-8）由于上述反應(yīng)可能獨(dú)立存在也可能二者并存，因此不能確定最終的還原產(chǎn)物是單質(zhì)S還是H2S。同時(shí)，該溶液在反掃過程中的CV曲線無明顯氧化峰出現(xiàn)，作者認(rèn)為這種現(xiàn)象的出現(xiàn)有兩個(gè)潛在的原因：一方面可能是由于氧化反應(yīng)發(fā)生在比測(cè)量范圍更正的電位；另一方面若S2O32-的最終產(chǎn)物是H2S，則不存在
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-還原產(chǎn)物氧化溶解在電解液中的過程�；谝陨蠈�(duì)單一物質(zhì)溶液電化學(xué)行為的研究，在pH約為2.5~3的混合沉積液中，自-0.54V開始，Sb3+與S（或S2-）結(jié)合生成Sb2S3。反向掃描時(shí)，由于基底表面的變化，陰極電流相比正掃有所減校當(dāng)電位進(jìn)一步增加至0.15V時(shí)，還原產(chǎn)物被氧化溶解。因此，在該沉積體系中，Sb2S3的沉積范圍為-0.54V~-0.72V[11]。圖1-3當(dāng)電沉積條件不同時(shí)，TCO上Bi2S3薄膜的SEM圖像[7]a)J=2mA/cm2，80℃；b)J=2mA/cm2，100℃；c)J=2mA/cm2，130℃；d)J=2A/cm2，150℃；e)J=3.5mA/cm2，130℃；f)J=0.75mA/cm2，130℃以往的研究顯示，基于三電極體系直接電化學(xué)沉積所得的硫化物薄膜形貌較為單一，多數(shù)情況下均為球狀納米顆粒堆積構(gòu)成的多孔網(wǎng)絡(luò)。這種多孔結(jié)構(gòu)雖然也可以容納電解質(zhì)離子的嵌入，但是由于球狀結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，在大電流密度下多次充放電后，電極材料極易因結(jié)構(gòu)膨脹而出現(xiàn)性能的大幅度下降。因此，拓寬電沉積所得納米結(jié)構(gòu)的形貌多樣性，已經(jīng)成為提高該類材料在能源領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值的重要途徑[12]。Hou等人通過雙電極沉積獲得了沿（001）晶面生長(zhǎng)的Sb2S3納米棒[13]。Georges等人圍繞沉積電流和沉積溫度兩個(gè)變量，探究了二者對(duì)Bi2S3形貌的影響[7]。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)恒電流密度為2mA/cm2時(shí)，在80℃沉積溫度下會(huì)形成具有糾纏形態(tài)的多孔網(wǎng)絡(luò)（圖1-3a）；當(dāng)溫度升到100~130℃時(shí)，膜結(jié)構(gòu)則變?yōu)橹睆?.4~0.6μm柱狀物緊密堆積構(gòu)成的致密層（圖1-3b,c）；而150℃時(shí)，柱狀物直徑有所增加，且更傾向于形成不規(guī)則六棱柱（圖1-3d）。另外，當(dāng)沉積溫度為130℃時(shí)，在3.5A/cm2和2A/cm2電流密度下沉積會(huì)形成致密的Bi2S3薄膜（圖1-3e）；但在0.75mA/cm2下形成的薄膜形貌則是由六角
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]CuSbS2和Cu2ZnSnS4 p-n結(jié)納米線光陽極的制備、表征及其光電性能研究[D]. 蘇榮榮.華南理工大學(xué) 2018
[2]化學(xué)浴沉積法制備Cd摻雜Sb2S3薄膜及其光電應(yīng)用[D]. 張楠楠.濟(jì)南大學(xué) 2015
本文編號(hào)：3097484
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