光電化學(xué)（Photoelectrochemical,PEC）分解水制氫技術(shù)是促進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)換和緩解環(huán)境問題的重要途徑之一,已發(fā)展為當(dāng)前能源化學(xué)與環(huán)境化學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。光電催化分解水時(shí),光陽極上發(fā)生四電子的轉(zhuǎn)移過程,是整個反應(yīng)體系的速控步,所以光陽極的設(shè)計(jì)和制備成為這一領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。影響光陽極性能的主要因素是光吸收、電荷分離和電荷注入三個步驟。雖然可用作光陽極的半導(dǎo)體材料近年來得到了極大的發(fā)展,但是單一的半導(dǎo)體光陽極材料仍存在著光吸收范圍有限、光生載流子易復(fù)合及氧化動力學(xué)緩慢等缺陷。因此,如何增強(qiáng)光陽極材料對光譜的響應(yīng)范圍、提升光生電子-空穴有效分離與高效利用,依然存在挑戰(zhàn)。針對以上問題,本論文提出通過光陽極材料的有序結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與可控制備提升其本征活性,并進(jìn)一步通過光電催化反應(yīng)耦合增強(qiáng)其性能的研究思路。首先,在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與可控制備方面,通過化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)合成和水熱合成等方法,制備了一維納米棒陣列、二維納米板陣列、多孔納米核殼結(jié)構(gòu)和活性晶面取向暴露的系列結(jié)構(gòu)化光陽極。有效改善了結(jié)構(gòu)化光陽極的表/界面環(huán)境,增強(qiáng)了光催化劑的吸光效率、電荷分離和電荷注入效率。其次,以結(jié)構(gòu)化光陽極... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：178 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２?２０００－２０２０年光電化學(xué)分解水領(lǐng)域的論文發(fā)表量和引文量

Ｂ）的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶（ＣＢ）上，而空穴則保持在價(jià)帶中。??這些光生電子隨后將通過外電路到達(dá)陰極表面與質(zhì)子反應(yīng)，形成氫氣，而光陽極上的??空穴將氧化Ｈ２０?（０２＿）產(chǎn)生０２。因光陽極上水氧化過程發(fā)生四電子的轉(zhuǎn)移過程，是??整個反應(yīng)體系的速控步，所以光陽極的設(shè)計(jì)和制備是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵問題所在。??言?丨?Ｓｏｌａｒ?ｌｉｇｈｔ??＿?Ｕ??－ｊ－??Ｕ?Ｌ??２Ｈ＋／Ｈ２??畫?—２Ｈ２〇／〇２??Ａ?Ｅｃ??（１?Ｂａｎｄｇａｐ??ｌ＿ｊ?＿?：??圖１－３氧析出的ｎ型半導(dǎo)體光陽極和氫析出的陰極組成的光電化學(xué)池分解水基本原理示意圖［ｉ８］。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ?ｂｙ?ａ?ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｅｌｌ?ｗｉｔｈ??ａｎ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ?ｗｈｅｒｅ?ｏｘｙｇｅｎ?ｅｖｏｌｖｅｓ?ａｎｄ?ａ?ｃａｔｈｏｄｅ?ｗｈｅｒｅ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｅｖｏｌｖｅｓ?［１８Ｊ．??１．１．３光電催化水氧化系統(tǒng)的主要組成??１．１．３．１導(dǎo)電基底??導(dǎo)電基底是ＰＥＣ陽極的基本元件，用來連接導(dǎo)線和光電極材料。對于光電陽極，??功函比半導(dǎo)體小的導(dǎo)電材料有能作為導(dǎo)電基底，以確保在半導(dǎo)體和導(dǎo)電基底之間的界??面上實(shí)現(xiàn)最佳的載流子遷移［１９］。此外，在選擇導(dǎo)電基底時(shí)，可得性、經(jīng)濟(jì)性和柔鈿性??也是重要的參考依據(jù)。典型的導(dǎo)電基底包括金屬基底、非金屬基底和透明導(dǎo)電氧化物??（ＴＣＯ）鍍膜玻璃等，具體如下：??金屬基底，如Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、

迄今為止，大多數(shù)光陽極氧化產(chǎn)生的光電流密度與圖１－４所示的理論值相差甚遠(yuǎn)。??部分原因是，并非所有能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙能量的入射光子都被半導(dǎo)體吸收。??影響光子吸收的一個關(guān)鍵因素是吸收系數(shù)（Ｘ，它表示半導(dǎo)體在給定波長下吸收光的強(qiáng)??度。吸收系數(shù)的倒數(shù)是光的穿透深度（ｏｆ１），表示在給定波長下光電極達(dá)到光密度為??１時(shí)有多厚。如果ｏｆ１很小，則可用作光電陽極的薄膜厚度越薄，這有利于減少體相??內(nèi)的復(fù)合。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3418408