本文關(guān)鍵詞：光解水硅光陰極的納米催化劑及納米結(jié)構(gòu)修飾改性

  更多相關(guān)文章： 硅光陰極 產(chǎn)氫催化劑 碳納米點 微納結(jié)構(gòu)

【摘要】：將太陽能轉(zhuǎn)換成電能或化學能是解決能源問題的重要途徑之一,尋找合適的太陽能轉(zhuǎn)換材料并構(gòu)建高效的能量轉(zhuǎn)換體系是太陽能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的核心問題。硅(Si)作為一種常見的半導(dǎo)體材料,儲量豐富,成本低廉,具有其它材料不可比擬的競爭優(yōu)勢,同時硅擁有非常強的可見光吸收能力且具有優(yōu)異的電荷傳輸性質(zhì),而且導(dǎo)帶位置要比H~~+/H_2的氧化還原電位更負,這些特點使其成為一種較為理想的光電化學(PEC)光解水光陰極材料。然而遲緩的表面反應(yīng)速率、較高的反射率和載流子復(fù)合率等缺點制約了硅作為PEC光電極材料的進一步發(fā)展,因此對于硅光電極表面的改性顯得尤為重要。本文主要通過在硅光陰極表面修飾氮(N)摻雜的碳納米點(CNDs)催化劑以及蝕刻納米類金字塔結(jié)構(gòu)來提高硅光電極的性能。主要研究工作分為以下兩部分:(1)CNDs穩(wěn)定、無毒、大批量生產(chǎn)價格較低,既可以作為電子的受體也可以作為電子的給體以及其他新穎的光物理性能近年來引起了科研工作者極大的興趣。在本論文中,我們首先利用通過電化學合成法制備的CNDs溶液在背面有np~+結(jié)的n型Si(簡稱np~+-Si)光陰極上沉積了CNDs。通過改變沉積CNDs的次數(shù)來優(yōu)化CNDs/np~+-Si光陰極的PEC性能。然后使用射頻激發(fā)的容性耦合裝置對最優(yōu)性能的CNDs/np~+-Si光陰極進行N2等離子體處理,形成N摻雜CNDs,進一步提高光陰極的PEC性能。同時研究了在N-CNDs/np~+-Si上負載Pt催化的效果。我們通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X-光電子能譜和拉曼等一系列表征方法,系統(tǒng)研究N-CNDs/np~+-Si光陰極表面結(jié)構(gòu)和成分等,并解釋了光電化學性能增強的原因。相關(guān)工作已發(fā)表在Chemical Communications上。(2)各種不同形貌的納米結(jié)構(gòu)材料,在增強光吸收和載流子遷移/收集方面展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。但是傳統(tǒng)的硅納米線結(jié)構(gòu)沉積催化劑時,催化劑無法均勻分布在納米線表面,而只能沉積在納米線的頂端。針對這一缺點,我們通過金屬催化化學蝕刻(MCCE)法制備了硅納米多孔(Nanoporous-Si)以及更加開放的納米類金字塔(Pyramid-Si)黑硅結(jié)構(gòu),并通過引入制氫催化劑Pt對兩種結(jié)構(gòu)進行改性。我們發(fā)現(xiàn)Nanoporous-Si結(jié)構(gòu)相比于納米Pyramid-Si結(jié)構(gòu)對改善Si光陰極的PEC性能更為明顯,但是在兩者表面分別沉積Pt納米顆粒之后,Pyramid-Si的光電化學性能比Nanoporous-Si更優(yōu)越。盡管光電極的開路電壓和短路電流相較于Normal-Si光陰極有著明顯的增加,但是電極的穩(wěn)定性并不是很好,因此論文提出構(gòu)造一層表面鈍化層來增加電極的穩(wěn)定性很有必要,這將作為未來的工作進一步研究。
【關(guān)鍵詞】：硅光陰極 產(chǎn)氫催化劑 碳納米點 微納結(jié)構(gòu)
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-25
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 半導(dǎo)體光電化學分解水制氫概述11-14
• 1.2.1 半導(dǎo)體光電化學分解水制氫的原理11-12
• 1.2.2 光電化學電池對電極材料的要求12-14
• 1.3 硅光陰極的光電化學性能、改性及其研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 表面修飾催化劑15-16
• 1.3.2 構(gòu)建PN結(jié)16-17
• 1.3.3 微納結(jié)構(gòu)17-20
• 1.4 本文的研究內(nèi)容20-22
• 參考文獻22-25
• 第二章 樣品的制備、結(jié)構(gòu)及性能的表征25-34
• 2.1 樣品的制備25-27
• 2.1.1 實驗材料25
• 2.1.2 碳納米顆粒的制備25-26
• 2.1.3 N-CNDs/np~+-Si 光陰極的制備26-27
• 2.2 樣品結(jié)構(gòu)及性能的表征方法27-29
• 2.3 樣品光電化學性質(zhì)的測試29-33
• 2.3.1 線性掃描伏安法（Linear Sweep Voltammetry, LSV）測試30
• 2.3.2 循環(huán)伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）測試30-32
• 2.3.3 電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）測試32-33
• 參考文獻33-34
• 第三章 氮摻雜碳納米點/np~+-Si光陰極的光電化學性能研究34-48
• 3.1 引言34-36
• 3.2 實驗方法36
• 3.3 實驗結(jié)果與討論36-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 參考文獻46-48
• 第四章 納米類金字塔結(jié)構(gòu)多晶硅光陰極的研究48-57
• 4.1 引言48-49
• 4.2 實驗方法49-50
• 4.2.1 納米類金字塔黑硅結(jié)構(gòu)的制備49-50
• 4.2.2 Pt納米顆粒的沉積50
• 4.3 實驗結(jié)果與討論50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 參考文獻55-57
• 第五章 總結(jié)57-59
• 攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的論文及科研成果59-60
• 致謝60-61

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王仲春;一種利用檢控儀制作三堿光陰極的工藝[J];光學技術(shù);1982年03期

2 史繼富;樊曄;徐雪青;徐剛;陳麗華;;制備條件對Cu_2S光陰極性能的影響[J];物理化學學報;2012年04期

3 陳懷林;牛軍;常本康;;真空度對MBE GaAs光陰極激活結(jié)果的影響[J];功能材料;2009年12期

4 袁野;羅文俊;鄒志剛;;MoS_2非貴金屬電催化劑擔載對p-InP光陰極分解水性能的影響[J];無機化學學報;2014年09期

5 王彬;閆軍;杜仕國;崔海萍;;納米TiO_2光陰極保護的應(yīng)用[J];裝備環(huán)境工程;2007年05期

6 勵翠云，彭瑞伍，韋光宇，，徐晨梅;LPE法GaAlAs／GaAs多層光陰極材料的研制與性質(zhì)[J];稀有金屬;1994年01期

7 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊茂榮;李正紅;黎明;胡克松;錢民權(quán);都興紹;劉志強;許州;鄧仁培;;射頻光陰極注入器[A];中國工程物理研究院科技年報（1999）[C];1999年

2 李正紅;胡克松;黎明;楊茂榮;錢民權(quán);劉志強;都興紹;;光陰極RF腔注入器研究[A];第六屆全國激光科學技術(shù)青年學術(shù)交流會論文集[C];2001年

3 楊茂榮;胡克松;李正紅;黎明;許州;;射頻腔光陰極注入器發(fā)射度[A];中國工程物理研究院科技年報（2001）[C];2001年

4 史繼富;徐雪青;徐剛;;制備條件對Cu_2S光陰極性能的影響[A];中國化學會第28屆學術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2012年

5 李正紅;胡克松;;提高光陰極注入器的同步精度[A];中國工程物理研究院科技年報（2000）[C];2000年

6 李正紅;胡克松;黎明;楊茂榮;錢民權(quán);劉志強;都興紹;潘清;鄧仁培;;光陰極注入器[A];中國工程物理研究院科技年報（2000）[C];2000年

7 謝宇廣;章愛武;劉宏邦;俞伯祥;葛永帥;劉穎彪;周莉;呂軍光;;鍍CsI光陰極厚GEM的模擬和測試[A];第十六屆全國核電子學與核探測技術(shù)學術(shù)年會論文集（上冊）[C];2012年

8 馮劉;張連東;劉暉;程宏昌;高翔;陳高善;史鵬飛;苗壯;;GaAs/GaAlAs光陰極的XPS深度剖析[A];第十屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

9 王漢斌;潘清;;光陰極直流高壓電子槍[A];第二屆全國核技術(shù)及應(yīng)用研究學術(shù)研討會大會論文摘要集[C];2009年

10 陳亞男;楊興繁;劉婕;;光陰極注入器驅(qū)動激光器的調(diào)試與測量[A];中國工程物理研究院科技年報（2003）[C];2003年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 何小中;低發(fā)射度光陰極微波電子注入器理論及初步實驗研究[D];清華大學;2006年

2 李正紅;CAEP光陰極RF腔注入器[D];中國工程物理研究院北京研究生部;2000年

3 金曉;超導(dǎo)腔-光陰極注入器物理與實驗研究[D];中國工程物理研究院北京研究生部;2002年

4 彭生杰;新型太陽能電池光陰極及納米吸收層的基礎(chǔ)研究[D];南開大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 劉華成;基于第一性原理的GaAs光陰極穩(wěn)定性研究[D];西安工業(yè)大學;2015年

2 孟鵬;鈷配合物催化產(chǎn)氫性能研究及光陰極器件組裝[D];大連理工大學;2015年

3 楊仁俊;砷化鎵光陰極直流高壓電子槍中的離子反轟研究[D];中國工程物理研究院;2015年

4 陳德亮;光解水硅光陰極的納米催化劑及納米結(jié)構(gòu)修飾改性[D];蘇州大學;2016年

5 杜思思;染料敏化太陽能電池光陰極的設(shè)計與特性研究[D];吉林大學;2015年

6 楊秋玲;含氫化酶功能模型配合物的光陰極制備及催化性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

7 石富文;硬X射線光電陰極的研究[D];西北大學;2001年

8 侯瑞麗;GaAlAs/GaAs（100）（2×4）光陰極表面模型與勢能計算[D];南京理工大學;2011年

本文編號：563029