论文部分内容阅读
利用太阳能水解制氢是缓解能源危机并改善环境污染的有效途径，而以金属氧化物半导体薄膜作为催化剂实现光电化学水解制氢是当前备受关注的一个研究方向，其中最关键的环节是开发高效廉价的半导体光阳极材料。纳米半导体材料TiO2廉价、无毒、化学稳定性好，且具有良好的载流子传输效率，是一种理想的光电材料和光催化材料。在光电化学水解领域，各种形貌的TiO2材料都得到了广泛的探索研究，其中TiO2纳米棒结构以其良好的载流子分离、传输和吸光性能备受青睐。此外，众多研究人员也在持续深入探索TiO2纳米材料的多样改性方法。 本文从材料和工艺的角度出发，考虑材料的能级匹配对光电化学性能的影响和氢化处理对半导体材料的改性，设计了由TiO2纳米棒和ZnO纳米颗粒组成的异质结包覆结构，并将此异质结进行氢化处理，得到了氢化处理的TiO2/ZnO异质结结构。本文主要从以下两方面展开研究： (1)采用水热法在FTO导电玻璃基底上直接生长TiO2纳米棒薄膜，通过改变钛酸四正丁酯（TBOT）的用量来探究TiO2纳米棒的形貌规律，优选出由1.2mL TBOT用量制备所得的TiO2纳米棒用于后续异质结包覆。采用沉积晶种和水热生长两步法制备TiO2/ZnO异质结结构，通过研究晶种溶液醋酸锌的浓度来探究TiO2/ZnO的形貌规律，确定醋酸锌的用量，并对不同晶种用量所得的TiO2/ZnO异质结进行综合表征及光电化学性能测试。 (2)优化异质结结构的制备工艺，采用更为简便的溶液滴涂法一步实现ZnO颗粒的包覆，并对其进行氢化处理以提高其光电化学性能。通过控制前驱液醋酸锌的用量研究其对TiO2/ZnO异质结形貌的影响规律，并对TiO2/ZnO异质结进行氢化处理，对其进行综合表征及光电化学性能测试，结果表明醋酸锌溶液用量为5.0mM*1.0mL时，所得TiO2/ZnO异质结形貌、光学性能和光电化学性能为最佳，而氢化处理后的TiO2/ZnO异质结显著改善了可见光吸光能力且光电化学性能明显增强。