資源短缺和環(huán)境污染仍是制約當(dāng)今社會發(fā)展的兩大難題,為此人們積極尋找一種理想的綠色能源來替代煤炭、石油和天然氣等不可再生的化石能源。由于高能量值,綠色環(huán)保和燃燒無二次污染等優(yōu)點(diǎn),氫能作為新一代清潔能源成為了最佳候選之一。眾所周知,光電化學(xué)分解水技術(shù)可吸收太陽能生成光生載流子,分離的光生電子在電極表面還原水釋放氫氣,這是將來獲得氫能的最理想方法。該技術(shù)還具有以下幾個優(yōu)點(diǎn):太陽能和水都是豐富的可再生資源;反應(yīng)無副產(chǎn)物和二次污染;光陰極析氫和光陽極析氧使氣體易收集;技術(shù)相對簡單有規(guī)�；a(chǎn)的潛力;理論太陽能轉(zhuǎn)換效率高達(dá)30%左右。因此,光電化學(xué)（PEC）分解水技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能對氫能的完美轉(zhuǎn)化,滿足現(xiàn)代社會日益增長的能源需求,被認(rèn)為是解決全球能源短缺和環(huán)境污染問題最有前途的方式之一。但目前來說,光電極的光電轉(zhuǎn)化效率離理論效率還有很大差距以及較高的制備成本,還不能滿足應(yīng)用要求。因此,進(jìn)一步改善光電催化性能以提升太陽能轉(zhuǎn)化氫能效率,是推動光電化學(xué)分解水技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。本論文,主要針對目前光電極轉(zhuǎn)換效率低,實用化困難等問題,重點(diǎn)從拓展半導(dǎo)體光電極的光譜響應(yīng)范圍（Φabs）、提高光生載流子內(nèi)部分... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：225 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１．１半導(dǎo)體光電化學(xué)分解水的機(jī)理圖叭??

山東大學(xué)博士學(xué)位論文??費(fèi)米能級（￡＆）接近平帶屯位（辦），電子的準(zhǔn)費(fèi)米能級（＆＞）向上移動，從??而產(chǎn)生開路光電壓（丨＞），如圖１．１．２ｂ所示［５］。由于存在來自Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ層的費(fèi)??米能級釘扎，因此實際的小于半導(dǎo)體的佐以及匕－－在光陽極中也存在類似??情況，由于其＆？較高接近半導(dǎo)體導(dǎo)帶位置，在與電解液接觸時會發(fā)生半導(dǎo)體向??溶液的電子流動，從而在界而處形成正電荷濃度較高的空間電荷區(qū)且能帶向上彎??曲，最終黑暗下半導(dǎo)體的＆？與電解液中氧化電勢（五°ｘ）持平，如圖１．１．２ｃ所示。??這時的空間電荷區(qū)成為電子的勢壘和空穴的勢阱，這也是ｎ型半導(dǎo)體被選作光陽??極的原因。如果引入光照，電子的準(zhǔn)費(fèi)米能級（設(shè)？）接近平帶電位（辦），空穴??的準(zhǔn)費(fèi)米能級（五＆）向下移動，從而產(chǎn)生開路光電壓（匕／，），如圖１．１．２ｄ所示。??光陽極中較高的匕／＞值意味蒔更有利的水氧化驅(qū)動力，因為它取決于半導(dǎo)體的空??穴準(zhǔn)費(fèi)米能級與電解質(zhì)的氧化還原電位之間的差異［９］。以上關(guān)于在平衡或非平衡??穩(wěn)態(tài)下半導(dǎo)體光電化學(xué)的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)機(jī)制已得到研究學(xué)者的廣泛認(rèn)可。??１．１．３半導(dǎo)體光電催化分解水的主要形式??（ａ）??１?Ｂｌ３Ｓ?１??（ｂ）??Ｌ＾－ｌ??（ｃ）?Ｉ?＾??司?Ｈ，由?＾Ｃ２?Ｉ?＾ＣＨ２??ｈｖ?丨、ｈ２〇?＾ｈ２ｏ?ｈｖ?ｆｆ—??Ｂ．Ｇ．?＜Ｊ＝＝Ｉ?ＢＧ．?＜ｔ＝＝Ｚｌ?Ｂ．Ｇ?＜＝＝３??Ｓｃ?－４ｈｖ?°〇?－４ｈｖ?〇＾ｊＬ??Ｖ．Ｂ￣＾｜、ｈ２〇?Ｕ?ＶＢ?Ｖ｜?Ｈ２０?＾ＬＪ?ＶＢ．叫?Ｈ?〇?Ｊ｜?＾ＶＢ??ｎ－ｌｙｐｅ?Ｃｏｕｎｔｅｒ?Ｃｏｕｎｔｅｒ?Ｐ＾ｐｅ?ｎ－ｔｙｐｅ??ｓｅｍ

子－空穴分離效率（也＠）和光生載流子注入效率（０，＃），??正好分別對應(yīng)于上述三個步驟。由此可見，提高的本質(zhì)需要從這三個效率入??手。??ｊｆｔｉ?＾ａｔｏｓ?＾ｓｃａｖ？ｎｇｅｒ?ＡｉｊＯ??⑴?（２）?（３）???？?—？？?＿＿￥??？?Ｂａｎｄｇａｐ?？?Ｂｉａｓ?？?Ｂｉａｓ??？?Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?？?Ｄｅｆｅｃｔ?？?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｓｔａｔｅ??？?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｔｙｐｅ?？?Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ?？?Ｃｏｃａｔａｌｙｓｔ??圖１．１．６光電化學(xué)催化過程的示意圖以及每個步驟的相關(guān)影響因素：（１）光吸??收，（２）光生電荷分離與傳輸，（３）光生電荷注入到電解液１２６］。??１．１．５．１光電極的光吸收效率??（１）計算光電極的光捕獲效率ａ／／￡）??Ａｗ?＝?－?１〇ｇ?（ｊ－Ｊ?（１－１５）??計算光電極的光捕獲效率之前，首先要確定半導(dǎo)體電極的吸收率（ｄｗ）。其??是根據(jù)比爾定律計算得到，比爾定律將半導(dǎo)體材料的吸收率（／！〇＞）定義為測量出??的輸出光強(qiáng)（／）與初始輸入光強(qiáng)（／〇）比值的對數(shù)，如公式（丨－１５）所示１１６】。因??１１??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：2981626