無機(jī)半導(dǎo)體光電極的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、近幾十年來，能源危機(jī)和環(huán)境問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此開發(fā)新型清潔能源勢(shì)在必行。通過半導(dǎo)體光電催化技術(shù)開發(fā)利用豐富的太陽能是解決日益增長(zhǎng)的能量需求最有潛力的途徑之一。目前光電催化技術(shù)的研究主要集中在高效穩(wěn)定的光電極材料的開發(fā)探索，其中，納米片或納米線狀結(jié)構(gòu)材料修飾的電極可以為光生載流子提供直接傳輸通道，對(duì)于光電化學(xué)反應(yīng)來說比傳統(tǒng)平板電極更具優(yōu)勢(shì)。因此本文選取兩種對(duì)可見光有一定吸收能力的常見半導(dǎo)體氧化物---三氧化鎢和氧

2、化亞銅作為研究對(duì)象，制備了具有納米片狀和納米線狀結(jié)構(gòu)材料修飾的光電極，研究工作可分為兩大部分：1)通過碳量子點(diǎn)修飾、分級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)建和半導(dǎo)體復(fù)合等手段對(duì)三氧化鎢納米片電極進(jìn)行優(yōu)化并將其作為光陽極，探索了所制備電極的光電化學(xué)性能；2)通過無定型碳來修飾氧化亞銅納米線電極并將其作為光陰極，系統(tǒng)研究了碳修飾對(duì)氧化亞銅納米線電極光電化學(xué)分解水性能的影響。主要的研究工作如下：
　?。?）通過水熱結(jié)合種子層誘導(dǎo)方法在氟摻雜二氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上生

3、長(zhǎng)三氧化鎢納米片，通過浸泡方法將碳量子點(diǎn)修飾到上述三氧化鎢電極上得到碳量子點(diǎn)/三氧化鎢復(fù)合電極，并研究了其光電化學(xué)性能。結(jié)果表明，復(fù)合電極具有良好的光電化學(xué)性能。碳量子點(diǎn)具有良好的吸光性能、上轉(zhuǎn)化熒光特性和存儲(chǔ)電子的能力，當(dāng)其修飾到三氧化鎢納米片后，復(fù)合電極的光吸收性能得到增強(qiáng)，同時(shí)電極中光生電子空穴對(duì)的分離能力得到提升。
　?。?）在上述制備的空白三氧化鎢納米片基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過水熱方法構(gòu)建具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極，并系統(tǒng)

4、研究了分級(jí)結(jié)構(gòu)電極的光電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極的光電化學(xué)性能與空白納米片電極相比有了一定程度的提高。分級(jí)結(jié)構(gòu)可以通過多級(jí)散射效應(yīng)增強(qiáng)三氧化鎢電極對(duì)光的吸收，同時(shí)電極-電解液界面更多反應(yīng)位點(diǎn)得以暴露，界面電荷傳輸能力得到提高。此外將具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的三氧化鎢納米片電極與單結(jié)鈣鈦礦電池進(jìn)行集成，集成體系在無外加偏壓施加的條件下實(shí)現(xiàn)了太陽能分解水。
　?。?）通過恒電位沉積方法在三氧化鎢納米片上修飾碘氧化鉍

5、來制備碘氧化鉍/三氧化鎢復(fù)合電極，研究了其光電化學(xué)性能。結(jié)果表明，碘氧化鉍在可見光區(qū)具有良好的吸光性能，同時(shí)復(fù)合電極中光生電子和光生空穴的定向傳輸可以使它們有效分離，進(jìn)而使碘氧化鉍/三氧化鎢復(fù)合電極表現(xiàn)出良好的光電化學(xué)性能。
　　（4）以銅箔為基底通過電化學(xué)陽極氧化、葡萄糖溶液浸泡并結(jié)合退火的方法制備了碳包覆的氧化亞銅納米線光陰極，考察了葡萄糖溶液濃度對(duì)碳包覆氧化亞銅納米線電極光電性能的影響。結(jié)果表明，碳修飾的氧化亞銅納米線電極具