【摘要】：能源短缺與環(huán)境污染問題,使得人們意識到開發(fā)清潔可再生能源取代化石能源的必要性與緊迫性�；诎雽�(dǎo)體的光電化學(xué)水分解制氫被認(rèn)為是可持續(xù)的潔凈能源轉(zhuǎn)化儲存技術(shù)。本論文以釩酸鉍和氧化鐵半導(dǎo)體為例,研究助催化劑對光陽極氧化水的促進(jìn)作用,探究催化劑/半導(dǎo)體界面上電荷分離增強(qiáng)機(jī)制。首先,采用鐵摻雜氧化鎳(Fe-NiO)作為析氧催化劑,鉬摻雜的釩酸鉍(Mo-BiVO_4)薄膜作為光陽極。超薄Fe-NiO通過沉淀、離子交換和熱脫水法制備;Mo-BiVO_4半導(dǎo)體通過兩步法合成得到。然后將催化劑經(jīng)旋涂法負(fù)載到Mo-BiVO_4薄膜上。XRD和高分辨透射顯微鏡證實催化劑為層狀結(jié)構(gòu)Fe-NiO、釩酸鉍為單斜相;AFM表明合成的催化劑具有2.1-4.8 nm厚的超薄片狀的結(jié)構(gòu)。Fe-NiO催化劑修飾的Mo-BiVO_4光陽極其氧化水的性能得到顯著提升:電勢位于1.4 V vs.RHE時,電流密度從0.88 mA/cm~2提升到1.65mA/cm~2,電荷轉(zhuǎn)移效率提升到99%。瞬態(tài)表面光電壓(TSPV)數(shù)據(jù)顯示釩酸鉍薄膜展示正的n-型半導(dǎo)體的特征信號。經(jīng)過鐵摻雜氧化鎳的修飾的Mo-BiVO_4的TSPV信號明顯增強(qiáng)。我們采用了一階連串動力學(xué)模擬光生電荷在半導(dǎo)體內(nèi)的分離-復(fù)合過程;闡述了電荷分離常數(shù)、復(fù)合常數(shù)與光生載流子濃度對瞬態(tài)表面光電壓曲線的影響。我們發(fā)現(xiàn)釩酸鉍以及鐵摻雜氧化鎳修飾的釩酸鉍薄膜的TSPV實驗結(jié)果很好地符合連串反應(yīng)動力學(xué)模擬。Fe-NiO在Mo-BiVO_4起到很好的電荷儲存、催化劑的作用。電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)說明表面電容提升了將近4倍,這與循環(huán)伏安的電容行為一致。此外,本論文研究了結(jié)晶的鑭摻雜的氧化鎳(La-NiO)、非晶的鎳鑭氧化物(LaNiO_x)兩種析氧催化劑對?-氧化鐵光陽極的促進(jìn)作用。La-NiO是通過沉淀,離子交換和熱脫水法制備;非晶LaNiO_x是以二乙基己酸鹽為前驅(qū)體,經(jīng)紫外臭氧處理得到的。經(jīng)修飾的氧化鐵光陽極的光氧化水的性能也顯著提高:施加電勢位于1.6 V vs.RHE時,鑭摻雜氧化鎳修飾的氧化鐵光電流密度光電流從0.73 mA/cm~2提升到1.06 mA/cm~2;非晶LaNiO_x修飾的氧化鐵在1.3 V vs.RHE時,光電流從0.19 mA/cm~2提高到0.61 mA/cm~2,起始電位負(fù)移至0.75 V vs.RHE@0.1 mA/cm~2。鑭摻雜氧化鎳和非晶LaNiO_x電催化劑在氧化鐵表面可能形成了電解質(zhì)可滲透的“可適應(yīng)結(jié)”,進(jìn)而改善了光陽極性能。綜上所述,超薄的摻雜氧化鎳納米片作為析氧電催化劑,對于釩酸鉍和氧化鐵光陽極的修飾,有助于增強(qiáng)半導(dǎo)體氧化物光陽極表面電荷的電荷儲存,促進(jìn)光生載流子在表面參與氧化水的反應(yīng)。
【圖文】：

我們判斷產(chǎn)物為超薄片狀的形貌。這可以通過 AF的 Fe-NiO 樣品分散液（1.2 ppm）中旋涂在硅片上。圖M 高度圖：片狀樣品的寬度 25-60 nm（尺寸分布圖見圖（220）晶面的厚度約為 1.5 ，納米片的厚度對應(yīng)約 14過電流密度-電勢（J-V）曲線表征，電解液選擇為 1M-NiO 納米片沉積到 FTO 基底上時，，如圖 2-1（f）所示，且隨負(fù)載量增加電流密度相應(yīng)提高。電流-電勢圖顯示逆氫電極）時，隨著 Fe-NiO 負(fù)載量的增加，電流密度（例性能顯示了與前驅(qū)體含量的正相關(guān)。如圖 2-4 所示 Fe，N示了 Fe 和 Ni 在電催化劑中均勻分布，未發(fā)生相分離現(xiàn)oOx，NiOOH，Ni(OH)2，NiFeOx，NiOOH，CoOOH，Co-Pi摻雜氧化鎳納米片的過電勢（0.27 V，0.1 mAcm-2）較催化作用。

圖 2-3 Fe-NiO 尺寸分布圖Fig 2-3 Size distribution of the Fe-doped NiO nanosheetse-NiO-12 的掃描電鏡圖（a）和 EDX 面掃描圖：（b）O；（c）NiEM image (a) and EDX mapping images of the Fe-NiO-12: (b) O; (c)
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ116.2;TN304

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 吳利樂;鄭源;王愛華;任巖;;可再生能源綜合利用的研究現(xiàn)狀與展望[J];華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年03期

2 李國亭;馮艷敏;范金周;柴曉琪;何小爽;梅靜;;納米二氧化鈦吸附去除對苯醌的實驗研究[J];華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

本文編號：2692024