本文選題：太陽能　切入點(diǎn)：半導(dǎo)體　出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）》2015年博士論文

【摘要】：世界上大部分的能量來自于化石燃料的消耗，比如像天然氣，石油和煤炭。然而，眾所周知，這些能源是不可再生的，而且它們的燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境和人是非常有害的，比如霧霾天氣的產(chǎn)生。因此，需研究者們尋找可再生和無公害的能源如太陽能來代替目前的化石能源，這一領(lǐng)域一直吸引大家廣泛的興趣。一般的，我們可以利用光伏電池收集太陽光，將吸收的太陽光可以直接轉(zhuǎn)化為電能或者化學(xué)能，如通過分解水反應(yīng)以氫氣的形式收集起來。而且氫氣是在燃料電池使用中的一種清潔能源。 在發(fā)展可持續(xù)型能源方面，光電化學(xué)（PEC）電池時(shí)候通過吸收太陽光來分解水，有很大的應(yīng)用前景。特別是作為PEC光解水的光陽極材料半導(dǎo)體氧化鐵通過吸收可見光使水分解受到廣泛研究。這主要是因?yàn)檠趸F比較容易得到，具有相對(duì)的穩(wěn)定性，和合適的價(jià)帶1.9eV-2.2eV來吸收可見光。通過制備氧化鐵納米結(jié)構(gòu)可以提供一種有效的方式來增加氧化鐵光解水的能力。主要體現(xiàn)在可以增加電荷的分離，增加半導(dǎo)體比表面積和光學(xué)吸收。 在本論文中，研究工作主要集中在對(duì)氧化鐵表面的修飾，氧化鐵體相的修飾和氧化鐵和導(dǎo)電玻璃的界面進(jìn)行修飾。而且，我們通過設(shè)計(jì)，合成出了具有高效的三氧化鎢和釩酸鉍組成的異質(zhì)結(jié)并達(dá)到了很高的光電流密度。 首先通過在氧化鐵和導(dǎo)電玻璃之間引入ATO納米顆粒，形成核殼結(jié)構(gòu)，減少電子復(fù)合的概率而使得氧化鐵的光解水效率提高。我們?cè)贏TO納米層上面生長(zhǎng)氧化鐵納米棒，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在ATO納米結(jié)構(gòu)上面的氧化鐵納米棒以抗高溫?zé)Y(jié)而保持很好的氧化鐵納米形貌，從而使得光電流密度增加達(dá)到了沒有任何表面催化劑處理的最大值，，2.12mA／cm2。 接下來，我們利用電沉積的方法在氧化鐵的納米結(jié)構(gòu)中引入Zn和Ti元素。通過Ti來增加載流子的數(shù)目和Zn來提高氧化鐵表面動(dòng)力學(xué)共同作用使得氧化鐵的光電流有所增加。而且，通過ALD方法和熱擴(kuò)散的方法我們首次獲得了很均勻的Ti摻雜氧化鐵納米線，而且在經(jīng)過Co離子處理后氧化鐵光陽極材料光電流達(dá)到了2.6mA/cm2。這一光電流值可以和Michael組報(bào)道的APCVD方法合成氧化鐵的方法可以比較。 再次，我們利用ALD在氧化鐵和導(dǎo)電玻璃之間引入超薄的TiO2納米層，我們成功的將氧化鐵的活化溫度從800度降低到了600度。而且進(jìn)一步的我們?cè)O(shè)計(jì)和合成出了具有三維結(jié)構(gòu)的氧化鐵支狀形貌，這一形貌有利于氧化鐵可見光的吸收，從而導(dǎo)致了光解水的效率有所提高。 最后，我們首次合成出超薄的WO3片層結(jié)構(gòu)，而且在利用BiVO4處理后，我們?cè)跊]有催化劑的情況下利用復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得光電流達(dá)到了4.2mA/cm2。 我們通過設(shè)計(jì)和合成半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，再利用其他的方法將制備的半導(dǎo)體進(jìn)行修飾，從而獲得比較好的光電化學(xué)分解水的效率。我們有理由相信，在標(biāo)準(zhǔn)的模擬太陽光下通過加入高效催化劑等方法我們可以獲得更高的光電流密度。這些努力有可能將對(duì)PEC實(shí)際應(yīng)用方面做出貢獻(xiàn)。
[Abstract]:Most of the world's energy comes from the consumption of fossil fuels, such as natural gas, petroleum and coal. However, as everyone knows, the energy is not renewable, and their combustion products is very harmful to the environment and people, such as fog and haze. Therefore, researchers need to find renewable and pollution-free energy such as solar energy to replace the fossil energy, this field has attracted widespread interest. In general, we can use the sun light collecting photovoltaic cells will absorb sunlight directly into electrical energy or chemical energy, such as through water decomposition reaction in the form of hydrogen gas and hydrogen is collected. Clean energy in the fuel cell is used.
In the development of sustainable energy, photoelectrochemical (PEC) battery time by absorbing sunlight to split water, has great application prospect. Especially as the photoanode semiconductor materials of iron oxide PEC photolysis of water by absorption of visible light water decomposition has been widely studied. This is mainly because the iron oxide is easy to obtain, with relative stability suitable to 1.9eV-2.2eV, and the valence band of visible light absorption ability. Through the preparation of iron oxide nano structure can provide an effective way to increase the photolysis of water. Iron oxide is mainly reflected in the increase of charge separation, increase the specific surface area and optical absorption of semiconductor.
In this paper, the research work focuses on the modification of the surface of iron oxide, iron oxide and iron oxide bulk modification and conductive glass interface modification. Moreover, we design, synthesized with heterojunction tungsten oxide and bismuth vanadate, consisting of up to the light and high current density.
First, through the introduction of ATO nano particles in between iron oxide and conductive glass, forming a core-shell structure, reduce the probability of electron recombination and the photolysis of water efficiency improvement. Our growth of iron oxide iron oxide nanorods on ATO nano layer, iron oxide nanorods grown on ATO nanostructures on top of sintered iron oxide nano morphology and keep good light, so that the increase of current density reached no surface treatment catalyst maximum, 2.12mA / cm2.
Next, we use the method of electrodeposition into the Zn and Ti elements in iron oxide nano structure. Through Ti and Zn to increase the number of carriers to improve the interaction of iron oxide surface dynamics makes light current iron oxide increases. Moreover, by means of ALD method and thermal diffusion for the first time we get a uniform Ti doped iron oxide nanowires, and after Co ion treatment after iron oxide anode photocurrent reached 2.6mA/cm2. the photocurrent value comparison method and Michael APCVD method can be group reported on the synthesis of iron oxide.
Again, we use ALD TiO2 nano layer into thin between iron oxide and conductive glass, we successfully iron oxide activation temperature from 800 degrees down to 600 degrees. And further we designed and synthesized iron oxide branched morphology has a three-dimensional structure, the morphology of iron oxide is conducive to the absorption of visible light. Which leads to the efficiency of photolysis of water is increased.
Finally, we first synthesized ultra-thin WO3 lamellar structure, and after BiVO4 treatment, we achieved the photocurrent of 4.2mA/cm2. under the condition of no catalyst.
We through the design and synthesis of semiconductor nanostructures, and then use other methods for preparation of semiconductor was modified to obtain better photoelectrochemical water splitting efficiency. We have reason to believe that, by adding high effective catalyst and method under simulated solar light under the standards we can obtain higher photocurrent density. Efforts may make a contribution to the practical application of PEC.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.21;TQ116.2

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1663815