本文關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的制備和光電化學(xué)性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 光電化學(xué)池 水分解 異質(zhì)結(jié)

【摘要】：光電化學(xué)電池利用太陽能制氫,為解決能源和環(huán)境問題提供了可行途徑,但仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。目前絕大多數(shù)單一無機(jī)半導(dǎo)體材料如TiO_2,α-Fe_2O_3,Si等,由于諸如太陽光吸收率低,光量子產(chǎn)率低,能級不匹配,載流子復(fù)合嚴(yán)重等問題,使得其光解水產(chǎn)氫效率很低。異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合材料可以綜合兩種或多種材料各自的優(yōu)點,同時異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效提高載流子的分離效率,加速載流子的傳輸,從而提高光催化效率。基于上述原理問題和原理,本論文主要利用ZnIn_2S_4和α-Fe_2O_3設(shè)計并合成了四種異質(zhì)結(jié),并詳細(xì)研究了其光電化學(xué)性能和工作機(jī)制:(1)ZnIn_2S_4/TiO_2:水熱法合成TiO_2納米棒陣列,再在TiO_2納米棒上水熱生長出Zn In2S4納米片。這種2D/1D異質(zhì)結(jié)增大了比表面積和可見光響應(yīng),加速電荷的傳輸,光電流與TiO_2納米棒相比提高了2倍。(2)ZnIn_2S_4/TiO_2/Si:通過金屬輔助刻蝕法在n型Si片上制備Si納米線,再利用原子層沉積技術(shù)沉積薄層TiO_2于Si納米線上作為保護(hù)層,最后通過水熱法生長出ZnIn_2S_4納米片。這種多元異質(zhì)結(jié)增大了反應(yīng)的比表面積,能夠加速電荷的分離和傳輸。其最大光轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了0.51%,與Si納米線相比提高了64倍。(3)ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3:水熱法合成Fe_2O_3納米棒,然后利用原子層沉積技術(shù)沉積ZnO與α-Fe_2O_3上,通過后退火方法得到ZnFe_2O_4。ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3為典型的type-II型異質(zhì)結(jié),可以有效分離光生電子-空穴對,使得Fe_2O_3的光電流從0.03 mA cm-2提高到了0.29 mA cm-2。(4)Ni(OH)_2/α-Fe_2O_3:利用原子層沉積技術(shù)在FTO導(dǎo)電玻璃上沉積超薄α-Fe_2O_3膜,然后水熱法生長超薄Ni(OH)2納米片。Ni(OH)2則作為析氧反應(yīng)助催化劑,提高了系統(tǒng)反應(yīng)動力,進(jìn)而降低過電勢,使得起始電勢向負(fù)移動了400 mV,光電流從0.21mA cm-2提高到了0.37 mA cm-2。本論文中工作有助于我們理解異質(zhì)結(jié)工作原理,同時也為提高光解水的效率提供了可行途徑
【關(guān)鍵詞】：光電化學(xué)池 水分解 異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章引言11-22
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 光電化學(xué)池分解水原理12-13
• 1.3 光解水半導(dǎo)體材料13-15
• 1.3.1 TiO_213-14
• 1.3.2 α-Fe_2O_314-15
• 1.3.3 Si15
• 1.4 光催化半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)設(shè)計分類15-17
• 1.4.1 量子點敏化15-16
• 1.4.2 等離子效應(yīng)16
• 1.4.3 半導(dǎo)體-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)16-17
• 1.4.4 負(fù)載助催化劑17
• 1.5 本文的研究意義和研究內(nèi)容17-19
• 1.5.1 本文的研究意義17-18
• 1.5.2 本文的研究內(nèi)容18-19
• 參考文獻(xiàn)19-22
• 第二章 實驗部分22-26
• 2.1 材料制備方法22
• 2.2 材料表征22-25
• 2.2.1 材料的形貌表征和物相分析22-23
• 2.2.2 材料的光學(xué)性質(zhì)分析23
• 2.2.3 材料的PEC性能測試與表征23-24
• 2.2.4 材料的電化學(xué)特性研究24-25
• 參考文獻(xiàn)25-26
• 第三章 ZnIn_2S_4/TiO_2異質(zhì)結(jié)光陽極的光電化學(xué)性能研究26-37
• 3.1 前言26-27
• 3.2 材料合成27-28
• 3.2.1 TiO_2納米棒的合成27
• 3.2.2 ZnIn_2S_4納米片/TiO_2納米棒陣列的合成27-28
• 3.3 實驗結(jié)果和分析討論28-34
• 3.3.1 材料的形貌和物相分析28-31
• 3.3.2 材料的光學(xué)性質(zhì)31-32
• 3.3.3 材料的PEC性能32-33
• 3.3.4 材料的電化學(xué)阻抗特性33-34
• 3.4 總結(jié)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-37
• 第四章 ZnIn_2S_4/TiO_2/Si多元異質(zhì)結(jié)光陽極的光電化學(xué)性能研究37-50
• 4.1 前言37-38
• 4.2 材料合成38-39
• 4.2.1 Si納米線的合成38
• 4.2.2 TiO_2/Si納米線的合成38
• 4.2.3 ZnIn_2S_4/TiO_2/Si異質(zhì)結(jié)的合成38-39
• 4.3 實驗結(jié)果和分析討論39-47
• 4.3.1 材料的形貌和物相分析及光學(xué)性質(zhì)39-41
• 4.3.2 材料的PEC性能41-44
• 4.3.3 材料的電化學(xué)阻抗特性44-46
• 4.3.4 電荷傳輸機(jī)制46-47
• 4.4 總結(jié)47-48
• 參考文獻(xiàn)48-50
• 第五章 ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3異質(zhì)結(jié)光陽極的光電化學(xué)性能研究50-61
• 5.1 前言50
• 5.2 材料的合成50-51
• 5.2.1 Fe_2O_3納米棒陣列的合成50-51
• 5.2.2 ZnFe_2O_4/Fe_2O_3納米棒的合成51
• 5.3 實驗結(jié)果和分析討論51-57
• 5.3.1 材料的形貌和物相分析51-54
• 5.3.2 材料的光學(xué)性質(zhì)和PEC性能54-56
• 5.3.3 材料的電化學(xué)阻抗特性56-57
• 5.4 電荷傳輸機(jī)制研究57-58
• 5.5 總結(jié)58-59
• 參考文獻(xiàn)59-61
• 第六章 Ni(OH)_2/α-Fe_2O_3異質(zhì)結(jié)光陽極的光電化學(xué)性能研究61-72
• 6.1 前言61-62
• 6.2 材料的合成62-63
• 6.2.1 超薄Fe_2O_3納米薄膜的合成62
• 6.2.2 Ni(OH)_2/Fe_2O_3的合成62-63
• 6.3 實驗結(jié)果和分析討論63-69
• 6.3.1 材料的形貌和物相分析及光學(xué)性質(zhì)63-65
• 6.3.2 材料的PEC性能65-67
• 6.3.3 材料的電化學(xué)阻抗特性67-69
• 6.4 總結(jié)69-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 主要結(jié)論72-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74-76
• 致謝76-78

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