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半导体光电化学技术利用太阳能将水还原为氢气,是获得可持续清洁能源的重要途径。氧化水生成氧分子的反应可为水还原反应提供廉价电子,又由于该氧化反应相对困难,是转化太阳能为化学燃料的瓶颈。因而水在廉价光阳极表面的氧化反应成为近年来的研究热点。本论文选择禁带宽度2.1 eV的氧化铁(α-Fe2O3)为研究对象,该材料吸收波长小于560nm的太阳光,资源丰富,理论光电流密度高达12.6mA/cm2。但α-Fe2O3吸光系数低、光生载流子寿命短、电导率低、空穴扩散距离短等,限制了其光电化学性能。近年来,学术界关注于通过形貌控制、元素掺杂、异质结结构等手段研究对α-Fe2O3光电化学性能的影响。本文针对α-Fe2O3吸光系数低、空穴扩散距离短的问题,设计α-Fe2O3纳米管对其进行改善。为进一步认识α-Fe2O3表面态对其光电化学性能,采用非晶Fe2O3修饰的结晶Fe2O3薄膜对其进行研究。获得如下研究结果:1、获得了与基板结合紧密的α-Fe2O3纳米管阵列薄膜。以水热法制备的ZnO纳米棒为模版,在Fe3+溶液中利用直接超声法、超声+浸泡法和直接浸泡法制备α-Fe2O3纳米管。直接超声法因无法将ZnO完全去除,而无法用于制备α-Fe2O3纳米管,超声+浸泡法因纳米管易脱落,而无法用于制备α-Fe2O3纳米管。直接浸泡法制备的α-Fe2O3纳米管较为致密,且与FTO基板结合紧密。2、阐明了 α-Fe2O3纳米管形貌对光电化学氧化水性能的影响。将水热3 h、6 h和12 h制备的ZnO纳米棒分别浸泡在Fe(NO3)3溶液中1.5 h、2 h和2.5 h,使ZnO完全溶解。α-Fe2O3纳米管长度、壁厚和孔径的关系为:水热12hZnO纳米棒在Fe(NO3)3溶液中浸泡2.5 h>水热6 h ZnO纳米棒在Fe(NO3)3溶液中浸泡2 h>水热3 h ZnO纳米棒在Fe(NO3)3溶液中浸泡1.5 h。光电化学性能测试结果表明水热6 h ZnO纳米棒在Fe(NO3)3溶液中浸泡2 h的样品半导体-溶液界面间转移电阻最小,光电流密度最大。3、采用磁控溅射设备制备不同厚度的α-Fe2O3薄膜,通过光电流密度测定得到37 nmα-Fe2O3薄膜光电流密度最大。4、制备不同厚度非晶Fe2O3覆盖的α-Fe2O3薄膜,研究了非晶层厚度对非晶-结晶Fe2O3光电化学性能的影响。结果表明,随着非晶层厚度的增加,α-Fe2O3的表面态逐渐被覆盖,当非晶层厚度为50 nm时,光生电压提升0.07 V,界面处电荷向电解液中的注入效率最高,半导体-溶液界面转移电阻最小,到达非晶Fe2O3-溶液界面的空穴能够较好的注入电解液中参与氧化反应。但非晶层厚度为50 nm时,电荷在半导体内转移电阻最大,表明非晶Fe2O3导电性较差,能够通过非晶层到达半导体-溶液界面的电荷数量减小,因此在高电位下,50 nm非晶Fe2O3覆盖的α-Fe2PO3薄膜光电流密度小于α-Fe2O3。