發(fā)布時(shí)間：2021-10-21 22:32

　　設(shè)計(jì)高性能半導(dǎo)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(guān)鍵基礎(chǔ)。在諸多的半導(dǎo)體光電極材料中,具有強(qiáng)鐵電性的BaTiO3（BTO）由于其自發(fā)極化電場(chǎng)能夠促進(jìn)光生載流子的有效分離和轉(zhuǎn)移而備受關(guān)注。然而,BTO較寬的帶隙,使其對(duì)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(jié)構(gòu),拓寬其光響應(yīng)范圍,從而提高其光電化學(xué)性能。同時(shí),利用BTO的鐵電性,將其與具有獨(dú)特光電性能的傳統(tǒng)光電極材料TiO2耦合構(gòu)建TiO2/BTO異質(zhì)結(jié)微納結(jié)構(gòu),研究了鐵電BTO殼層厚度對(duì)其光電化學(xué)性能的影響。本文的研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)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(yīng)物,八水合氫氧化鋇（Ba（OH）2·8H2O）作為鋇源,研究了反應(yīng)溫度和反應(yīng)過程中Ba2+濃度對(duì)所制備樣品性能的影響。結(jié)果表明:在反應(yīng)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(jié)構(gòu)。通過與前驅(qū)物TiO2對(duì)比發(fā)現(xiàn),BTO有著更快的光生電流響應(yīng)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(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１光電化學(xué)分解水示意圖??

因此，促進(jìn)光生電子空穴對(duì)的分離和轉(zhuǎn)移是提高半導(dǎo)體光電極光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵和有效??途徑。??１．２．２半導(dǎo)體光電極的種類??下圖１－２為幾種常見半導(dǎo)體光電極的能帶位置示意圖。根據(jù)半導(dǎo)體的能帶位置和禁帶??寬度的差異［２１】，我們可以將半導(dǎo)體光電極材料分為寬禁帶和窄禁帶半導(dǎo)體材料。其中寬禁??帶半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體材料能帶結(jié)構(gòu)圖??根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，半導(dǎo)體光電極也可以分為零維納米結(jié)構(gòu)（如量子點(diǎn)），一維納米結(jié)構(gòu)??（如納米線，納米管，納米棒結(jié)構(gòu)等），二維納米結(jié)構(gòu)（如層狀，網(wǎng)狀，納米片結(jié)構(gòu)等），以??及三維納米結(jié)構(gòu)（如納米微球，三維納米花等）。??１．２．３提高半導(dǎo)體光電化學(xué)性能的方法??通過對(duì)半導(dǎo)體光電極進(jìn)行金屬或非金屬摻雜可以提高半導(dǎo)體光電極的光電轉(zhuǎn)化效率。??例如對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)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(jìn)電極體系中的電荷進(jìn)行分離和轉(zhuǎn)移。其中貴金??屬粒子諸如Ａｕ、

效率。例如，將半導(dǎo)體與其他半導(dǎo)體復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以降低電極反應(yīng)過程中的活化??能，同時(shí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在還能促進(jìn)電子和空穴對(duì)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(yīng)的助催化劑材料（石墨烯１３１１等）與半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合也能明顯提高半導(dǎo)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(duì)半導(dǎo)體光電化學(xué)性能進(jìn)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(dǎo)體材料具有更小的晶格缺陷也有助??于光電化學(xué)性能的提高。近年來，也有相關(guān)研宄表明，在超聲、微波等條件下，部分半導(dǎo)體??的光電化學(xué)性能相對(duì)常態(tài)環(huán)境下的性能有著明顯的提升［３２］。??１．３ＢＴ０半導(dǎo)體簡(jiǎn)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(jī)半導(dǎo)體材料，分子式為ＢａＴｉＣｂ，相對(duì)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(diǎn)為１６１８。（＾?ＢＴＯ有著多種物相結(jié)構(gòu)，??且會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生改變。當(dāng)處在１４６０Ｔ？１６１８°Ｃ范圍時(shí)，ＢＴＯ為不具有鐵電性的??立方晶相。當(dāng)處在溫度為５°Ｃ？１３０°Ｃ時(shí)，ＢＴＯ則會(huì)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(jié)構(gòu)。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(dāng)鈦酸鋇為四方晶相時(shí)，ＢＴＯ的自發(fā)極化可以沿著晶格的不同軸向進(jìn)行，其中自發(fā)極??化方向相同的晶胞所在的區(qū)域會(huì)形成電疇，每個(gè)不同方向電疇的交界區(qū)域會(huì)形成疇壁。為??４??

【參考文獻(xiàn)】：
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