【摘 要】
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太阳能是一种可持续的清洁能源。光电催化（PEC）是将太阳能转化为化学能以实现大规模太阳能利用的有效方法,而设计和制备出高效的半导体作为光电阳极至关重要。在众多半导体中,赤铁矿（α-Fe2O3）由于具有适宜的价带位置和光学带隙等优点,成为一种优良的PEC水氧化半导体,而α-Fe2O3电导率差和载流子迁移率低等问题亟待解决。近年来,具有优异性能的金属有机框架（MOFs）激起人们的兴趣,融合与匹配适宜M
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太阳能是一种可持续的清洁能源。光电催化（PEC）是将太阳能转化为化学能以实现大规模太阳能利用的有效方法,而设计和制备出高效的半导体作为光电阳极至关重要。在众多半导体中,赤铁矿（α-Fe2O3）由于具有适宜的价带位置和光学带隙等优点,成为一种优良的PEC水氧化半导体,而α-Fe2O3电导率差和载流子迁移率低等问题亟待解决。近年来,具有优异性能的金属有机框架（MOFs）激起人们的兴趣,融合与匹配适宜MOFs规避α-Fe2O3劣势的策略成为有效方法。因此,本文将α-Fe2O3与MIL-101（Cr）、Ui O-66（Ce）复合获得高效的光电阳极,具体研究结果如下:首先,本文利用水热法制备出Ti-Fe OOH薄膜,高温退火得到Ti-Fe2O3光电阳极。再通过简单的水热法在Ti-Fe2O3光电阳极表面成功负载MIL-101（Cr）。MIL-101（Cr）可有效地捕获光生空穴到光电阳极表面,高效分离光生载流子,抑制复合。利用XRD、SEM、TEM等表征手段对光电阳极理化性质进行了分析。利用电催化测试评价了样品的催化性能,MIL-101（Cr）/Ti-Fe2O3光电流密度达到1.976 m A·cm-2,为Ti-Fe2O3的2.20倍。采用气相色谱法测定H2和O2产量并计算法拉第效率的结果表明,经2 h反应能产生30.82μmol O2和62.70μmol H2。产O2和H2法拉第效率分别平均约为83.94%和84.61%。其次,本文将上述研究工作中所得到的Ti-Fe2O3光电阳极与Ui O-66（Ce）结合。再通过简单的浸渍法在Ti-Fe2O3光电阳极表面成功负载Ui O-66（Ce）。Ui O-66（Ce）中存在Ce3+和Ce4+。Ce3+可以有效地捕获激发出的空穴转换为更高价态的Ce4+去参与水中的氧化反应。利用XRD、SEM、TEM等表征手段对光电阳极理化性质进行了分析。利用电催化测试评价了Ui O-66（Ce）/Ti-Fe2O3的催化性能,Ui O-66（Ce）/Ti-Fe2O3光电流密度达到1.938 m A·cm-2,为Ti-Fe2O3的2.16倍。利用气相色谱仪测试氢气和氧气产量并计算法拉第效率。经过2 h反应后,能够产生29.82μmol O2,65.70μmol H2。产O2法拉第效率平均约为84.61%,产H2法拉第效率平均约为85.62%。
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