人類社會步入21世紀(jì)以來,以能源為支撐的經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展,由此衍生出的化石能源枯竭和新能源的開發(fā)利用問題,也逐漸成為人們談?wù)摵完P(guān)注的熱點(diǎn)。為了替代污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)化石燃料,研究人員們致力于利用以太陽能和風(fēng)能為主的可再生能源來獲取廉價(jià)、清潔、高熱值的氫能源。其中,使用半導(dǎo)體材料進(jìn)行的光電催化水分解為高效地利用太陽能提供了一種較為理想的途徑。然而,在光電水分解系統(tǒng)中,光陽極表面發(fā)生的水氧化反應(yīng)涉及4個電子的轉(zhuǎn)移,因此動力學(xué)過程更為復(fù)雜、緩慢且過電位較大,這極大的束縛了該系統(tǒng)太陽能轉(zhuǎn)化效率的提升。由此可見,研發(fā)兼具優(yōu)異的光電水氧化活性和穩(wěn)定性的光陽極材料,對于組裝高效的光電水分解電池具有根本意義。本論文選用低成本、易于合成的氧化鋅納米棒陣列為對象開展研究工作,借助ZnO自身物理化學(xué)性質(zhì)的諸多優(yōu)勢以及納米棒陣列結(jié)構(gòu)形貌的特點(diǎn),結(jié)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)建、氧空位及表面鈍化層修飾以及析氧助催化劑改性等策略逐步優(yōu)化ZnO基納米陣列光陽極的水氧化性能,并且通過詳細(xì)的物理表征和光電化學(xué)測試對復(fù)合光陽極優(yōu)異的光電活性來源進(jìn)行深入的討論和分析。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括以下三個部分:1、p-n異質(zhì)結(jié)和氧空位修飾的Zn...

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

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中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 概述
    1.2 PEC水分解系統(tǒng)
        1.2.1 PEC水分解系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
        1.2.2 半導(dǎo)體/電解液界面能帶彎曲
        1.2.3 半導(dǎo)體電極中電荷轉(zhuǎn)移行為
    1.3 PEC水分解系統(tǒng)的主要性能參數(shù)
    1.4 幾種常見的光電極材料的發(fā)展研究
        1.4.1 常見的光陰極材料
        1.4.2 常見的光陽極材料
    1.5 ZnO半導(dǎo)體材料
        1.5.1 ZnO的基本結(jié)構(gòu)性質(zhì)和相關(guān)用途
        1.5.2 改善ZnO光陽極PEC性能的常見方法
    1.6 本論文選題意義和研究內(nèi)容
    1.7 參考文獻(xiàn)
第二章 p-n型異質(zhì)結(jié)和氧空位修飾的ZnO NRs光陽極光電水氧化性能的研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 主要化學(xué)試劑
        2.2.2 ZnO納米棒(NRs)陣列光陽極的制備
        2.2.3 CoO_x/ZnO NRs光陽極的制備
        2.2.4 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的制備
        2.2.5 CoO_x光陽極的制備
        2.2.6 樣品物性表征
            2.2.6.1 樣品表面微觀形貌和元素分布分析
            2.2.6.2 樣品的晶體結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成分析
            2.2.6.3 樣品的光學(xué)性能表征
        2.2.7 樣品光電化學(xué)性能表征
            2.2.7.1 儀器設(shè)備
            2.2.7.2 測試條件及參數(shù)設(shè)置
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的制備流程
        2.3.2 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的形貌、結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)組成分析
        2.3.3 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的光學(xué)性能表征
        2.3.4 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的光電化學(xué)性能測試
        2.3.5 O_v-CoO_x/ZnO NRs光陽極的PEC活性來源分析
    2.4 本章小結(jié)
    2.5 參考文獻(xiàn)
第三章 竹筍狀FeVO₄ 鈍化的ZnO NRs光陽極光電水氧化性能的研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 主要化學(xué)試劑
        3.2.2 ZnO NRs和 FVO/ZnO NRs光陽極的制備
        3.2.3 FeVO₄光陽極的制備
        3.2.4 樣品物性表征
            3.2.4.1 樣品表面微觀形貌和元素分布分析
            3.2.4.2 樣品的晶體結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成分析
            3.2.4.3 樣品的光學(xué)性能表征
        3.2.5 .樣品光電化學(xué)性能表征
            3.2.5.1 儀器設(shè)備
            3.2.5.2 測試條件及參數(shù)設(shè)置
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 FVO/ZnO NRs光陽極的制備流程及形貌結(jié)構(gòu)和物相分析
        3.3.2 FVO/ZnO NRs光陽極的光學(xué)性能表征
        3.3.3 FVO/ZnO NRs光陽極的表面化學(xué)組成分析
        3.3.4 FVO/ZnO NRs光陽極的光電化學(xué)性能測試
        3.3.5 FVO/ZnO NRs光陽極的PEC活性來源分析
    3.4 本章小結(jié)
    3.5 參考文獻(xiàn)
第四章 鈣鈦礦和層狀雙氫氧化物包裹的ZnO NRs光陽極水氧化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 主要化學(xué)試劑
        4.2.2 鈣鈦礦型氧化物L(fēng)aFeO₃粉末樣品的制備
        4.2.3 ZnO NRs和 LFO/ZnO NRs光陽極的制備
        4.2.4 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的制備
        4.2.5 樣品物性表征
            4.2.5.1 樣品表面微觀形貌和元素分布分析
            4.2.5.2 樣品的晶體結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成分析
            4.2.5.3 樣品的光學(xué)性能表征
        4.2.6 樣品光電化學(xué)性能表征
            4.2.6.1 儀器設(shè)備
            4.2.6.2 測試條件及參數(shù)設(shè)置
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的制備流程和形貌結(jié)構(gòu)
        4.3.2 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的物相及化學(xué)組成分析
        4.3.3 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的光學(xué)性能表征
        4.3.4 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的光電化學(xué)性能測試
        4.3.5 LDH/LFO/ZnO NRs光陽極的PEC活性來源分析
    4.4 本章小結(jié)
    4.5 參考文獻(xiàn)
總結(jié)與展望
在學(xué)期間研究成果
致謝



本文編號：3755966