析氧反應(yīng)（OER）由于反應(yīng)動力學(xué)慢成為諸多能源轉(zhuǎn)化及儲存過程中的瓶頸步驟,制備高效、廉價的OER催化劑可大大降低反應(yīng)過電勢,提高水氧化效率。光電化學(xué)分解水可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,為緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染提供了可能的解決途徑。氧化鐵（α-Fe₂O₃）是一種理想的分解水光陽極材料,然而,由于其空穴擴(kuò)散距離短、表面OER反應(yīng)慢等問題,α-Fe₂O₃光陽極性能還遠(yuǎn)低于實用化要求。本論文研究探索各種廉價OER催化劑的制備,并嘗試將其用于α-Fe₂O₃光陽極表面,優(yōu)化其光電化學(xué)分解水性能。論文研究設(shè)計制備并系統(tǒng)表征了泡沫金屬催化析氧電極、微量Au活化的CoFe₂O₄催化劑（Au-CoFe₂O₄）和Ag負(fù)載的鈷鐵硫化物復(fù)合材料催化劑（Ag-CISC）。探究了微量貴金屬如Au,Ag的引入對Co-Fe基析氧催化劑的影響規(guī)律。嘗試將Au-CoFe₂O₄

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

由n-型半導(dǎo)體陽極、電解液和金屬陰極組成的PEC系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1.2 pH=0 時半導(dǎo)體與電解質(zhì)水溶液接觸時半導(dǎo)體的能帶位置 (相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極) 和真空能級。為了對比，給出了 HER 和 OER 氧化還原電勢[16]。Fig. 1.2 Band edge positions of semiconductors in contact with the aqueous electrolyte at pH = 0relative to NHE and the vacuum level. For comparison, the HER and OER redox potentials are alsopresented[16].1.2.3 α-Fe2O3的性質(zhì)α-Fe2O3的帶隙為 1.9-2.2 eV，最大吸收波長約為 610 nm，可吸收近紅外區(qū)直至紫外區(qū)波長的光，在 AM 1.5 G 模擬太陽光照射下，理論上可產(chǎn)生 12.6 mAcm-2的光電流[17-18]。α-Fe2O3具有剛玉型的晶體結(jié)構(gòu)，是環(huán)境條件下熱力學(xué)最穩(wěn)定的鐵的氧化物，也是氧化鐵晶體最常見的形態(tài)。此外，F(xiàn)e 儲量豐富、價格低廉、沒有毒性，因此 α-Fe2O3是最具前景的光陽極材料之一。雖然 α-Fe2O3的磁學(xué)性質(zhì)與它的 PEC 性能無關(guān)，但 Fe 的自旋構(gòu)型卻影響了光電子和載流子的傳輸性質(zhì)[19-20]。大量的研究表明 α-Fe2O3的磁學(xué)性質(zhì)取決于兩個因素：溫度和顆粒尺

從 O2p非鍵軌道到 Fe3d配體軌道；(3) 同時。中，α-Fe2O3的 PEC 性能并不十分理想，這主要是由) 極短[25]，導(dǎo)電性較差和在酸性介質(zhì)中穩(wěn)定性差。此還原電勢要高 (圖 1.2)，還需要外加電壓才能有效分陽極表面水氧化反應(yīng)的效率主要受以下三個過程的ηe-/h+)、光生空穴向溶液界面以及光電子向集流體的極表面水氧化反應(yīng)的空穴收集過程 (電荷注入效率一般報道中的實驗結(jié)果的性能差異如圖 1.3 所示。當(dāng)時，ηct是反應(yīng)瓶頸；隨著電勢升高，ηtr和 ηe-/h+先后限壓圖 (J-V 曲線) 可以看出，通過提高陽極產(chǎn)生的電效提高 PEC 水分解效率。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光電催化分解水:電極材料,電極組裝和電極表征（英文）[J]. 王志亮,王連洲.  Science China Materials. 2018(06)



本文編號：3307100