论文部分内容阅读
半导体金属氧化物利用太阳能通过光电化学分解水制氢，是将太阳能转化为化学能进而解决能源和环境问题的一种最具前景的方法。CeO2是一种重要的半导体光电极材料，一维纳米管阵列因为其定向分布、规则有序和较大的比表面积而具备较好的光吸收性能、电子传输性能和光生电子空穴分离能力，作为光电极材料可以有效地应用于光电化学分解水制氢。随着研宄的不断深入，已由单一组分的制备及性能研宄拓展到多组分复合体系的探索。本论文以CeO2基复合纳米材料为研究对象，利用电化学沉积法，成功制备了三元CeO2@Ag@CdS纳米管阵列，三元CeO2@Ag@CdSe纳米管阵列，此外还制备了四元复合材料CdSe/CdS/ApCeO2纳米管阵列，并通过X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、荧光分光光度计(PL)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和扫描电镜(SEM)等手段对所得样品进行了系统表征，深入探宄了他们在光电化学分解水方面的应用及其光电化学性能机理。具体如下： 1.以硝酸铈(Ce(N03)3+6H20)、氯化铬(CdC)、硫脲等为原料，采用简便的电化学沉积法在导电玻璃FTO基片上合成了Ce02，Ce02@Ag，Ce02@CdS以及CeO2@Ag@CdS纳米管阵列复合材料，并系统表征了所得的样品。在300W氙灯照射下考察了产物(Ce02，CeO2@AgCe02@CdS以及Ce02@Ag@CdS)的光电化学性能。CeO2@Ag@CdS纳米棒阵列在偏压为-0.2V(vs.Ag/AgCl)时，能够产生较髙光生电流2.14mAcm2，该光生电流分别是双组分系统CeO2@CdS(0.879mAcm-2)和CeO2@Ag(0.218mAcm-2)的2.4和9.8倍。CeO2@Ag@CdS具有较强的光稳定性能，且在360nm光线下的光电转换效率能够达到69％。此外，我们研宄了CeO2@Ag@CdS的光电化学性能增强的机理，发现Ag纳米粒子附着在窄禁带半导体与过渡金属氧化物之间，能够提髙该材料的光吸收性能，同时可以抑制光生载流子的复合。 2.采用电化学沉积法在FTO上合成了光电性能优异的三元复合材料CeO2@Ag@CdSe纳米管阵列，通过系列表征方法对其进行表征，通过电化学工作站考察了其光电化学性能，并讨论了Ag的含量对复合材料的光电化学性能的影响。结果表明：三元复合材料CeO2@Ag@CdSe纳米管阵列具有较强的光稳定性能，较高的光吸收性能，且光电化学性能高，在偏压为-0.2V(vs.Ag/AgCl)时，光生电流达到3.92mAcm2。 3.首次通过髙效电化学沉积法在FTO导电玻璃上成功合成四元复合材料CdSe/CdS/AfCeO2纳米管阵列，对其进行了系列表征及光电化学性能测试，并对比了与CdSe/AgCeO2，CdS/AgCeO2的各项光电化学性能，并探讨了其光电化学性能机理。实验表明：四元复合材料CdSe/CdS/AfCe02纳米管阵列的光电转换效率能够达到82%，具有较强的光稳定性，且光电化学性能最高，在偏压为-0.2V(vs.Ag/AgCl)时，光生电流高达10.38mAcm2。