設計高性能半導體光電極材料是提高太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能和光解水制取清潔能源氫等太陽能開發(fā)利用效率的關鍵基礎。在諸多的半導體光電極材料中,具有強鐵電性的BaTiO3（BTO）由于其自發(fā)極化電場能夠促進光生載流子的有效分離和轉(zhuǎn)移而備受關注。然而,BTO較寬的帶隙,使其對可見光的吸收受限,因此,本文通過將BTO與窄帶隙CdS耦合形成異質(zhì)結構,拓寬其光響應范圍,從而提高其光電化學性能。同時,利用BTO的鐵電性,將其與具有獨特光電性能的傳統(tǒng)光電極材料TiO2耦合構建TiO2/BTO異質(zhì)結微納結構,研究了鐵電BTO殼層厚度對其光電化學性能的影響。本文的研究內(nèi)容和主要結論如下:（1）采用兩步水熱法,以TiO2納米線陣列作為前驅(qū)反應物,八水合氫氧化鋇（Ba（OH）2·8H2O）作為鋇源,研究了反應溫度和反應過程中Ba2+濃度對所制備樣品性能的影響。結果表明:在反應溫度210℃,Ba（OH）2·8H2O濃度為0.06 M條件下,可以成功制備出含四方相的純BTO納米陣列結構。通過與前驅(qū)物TiO2對比發(fā)現(xiàn),BTO有著更快的光生電流響應速度和更優(yōu)異的光電性能,在模擬太陽光外加偏壓為0V下,其光電流密度是TiO2... 

【文章來源】：中央民族大學北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１光電化學分解水示意圖??

因此，促進光生電子空穴對的分離和轉(zhuǎn)移是提高半導體光電極光電轉(zhuǎn)換效率的關鍵和有效??途徑。??１．２．２半導體光電極的種類??下圖１－２為幾種常見半導體光電極的能帶位置示意圖。根據(jù)半導體的能帶位置和禁帶??寬度的差異［２１】，我們可以將半導體光電極材料分為寬禁帶和窄禁帶半導體材料。其中寬禁??帶半導體通常是一些金屬的弱酸鹽（如鈦酸鹽、鈮酸鹽、鎵酸鹽等）及一些過渡族的金屬??氧化物或碳氮化物（如ＺｎＯ、ＴＣｈ、Ｓｎ０２［２２】、〇３＾２３］等）。窄禁帶半導體則通常是部分金屬??的硫化物、含氧化物等（如ＣｄＳ、Ｍｎ０２、Ｗ０３等）。??０??１?－１?－?—??—＞?■丨■■■■■■?■??＞????ＵＪ??????Ｘ?＞??ｚ?ｉ?－?尋?ｓ??５?…■＜？．…ｖ？…ｒ?＞？…－ｔ?ｓ??〇?，??—＾?ｃｄｓ?Ｎ?－ｒ￣?ｓ」－??－３?－?ｉｔ?Ｆｅ２°３?ｒ?Ｚｎ０??ＢａＴｉＯａ?￣＾??Ｓｎ〇２??圖１－２幾種常見半導體材料能帶結構圖??根據(jù)結構的不同，半導體光電極也可以分為零維納米結構（如量子點），一維納米結構??（如納米線，納米管，納米棒結構等），二維納米結構（如層狀，網(wǎng)狀，納米片結構等），以??及三維納米結構（如納米微球，三維納米花等）。??１．２．３提高半導體光電化學性能的方法??通過對半導體光電極進行金屬或非金屬摻雜可以提高半導體光電極的光電轉(zhuǎn)化效率。??例如對半導體進行Ｍｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｌａ摻雜等可以使光電極的光電轉(zhuǎn)化效率得到提??高。金屬離子可以吸附電子，從而可以促進電極體系中的電荷進行分離和轉(zhuǎn)移。其中貴金??屬粒子諸如Ａｕ、

效率。例如，將半導體與其他半導體復合形成異質(zhì)結構，可以降低電極反應過程中的活化??能，同時異質(zhì)結構的存在還能促進電子和空穴對的有效轉(zhuǎn)移和分離。也可以利用高電子遷??移率或高光響應的助催化劑材料（石墨烯１３１１等）與半導體進行復合也能明顯提高半導體的??光電轉(zhuǎn)化效率。??我們也可以通過其他物理手段或合成手段對半導體光電化學性能進行改性。一般來說，??微觀尺寸較小的樣品，相比于尺寸較大的樣品更容易獲得優(yōu)異的光電性能。在合成過程中，??添加礦化劑、稀土離子等形態(tài)調(diào)控物質(zhì)，使合成的半導體材料具有更小的晶格缺陷也有助??于光電化學性能的提高。近年來，也有相關研宄表明，在超聲、微波等條件下，部分半導體??的光電化學性能相對常態(tài)環(huán)境下的性能有著明顯的提升［３２］。??１．３ＢＴ０半導體簡介??１．３．１鈦酸鋇的基本性質(zhì)??鈦酸鋇（ＢＴＯ）是一種Ｎ型寬禁帶無機半導體材料，分子式為ＢａＴｉＣｂ，相對分子質(zhì)量??為２３３。常溫下為白色粉末，是一種熔融化合物，熔點為１６１８。（＾?ＢＴＯ有著多種物相結構，??且會隨著溫度的變化而發(fā)生改變。當處在１４６０Ｔ？１６１８°Ｃ范圍時，ＢＴＯ為不具有鐵電性的??立方晶相。當處在溫度為５°Ｃ？１３０°Ｃ時，ＢＴＯ則會由無鐵電性的立方相轉(zhuǎn)化為具有鐵電性??的四方相晶格結構。不同溫度下ＢＴＯ晶格轉(zhuǎn)化示意圖如圖１－３所示。??／Ｉ？?ｙ??＇，??－??陜靡??圖１－３不同溫度下ＢＴＯ晶格轉(zhuǎn)化示意圖??當鈦酸鋇為四方晶相時，ＢＴＯ的自發(fā)極化可以沿著晶格的不同軸向進行，其中自發(fā)極??化方向相同的晶胞所在的區(qū)域會形成電疇，每個不同方向電疇的交界區(qū)域會形成疇壁。為??４??

【參考文獻】：
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