论文部分内容阅读
光电化学分解水可以将太阳能转化成化学能,有望解决全球能源危机而受到人们的普遍关注,寻找具有应用潜能的半导体材料是该领域目前主要研究热点。基于此,本文选取具有良好可见光响应的WO3作为光阳极材料,创新性地提出一种制备WO3薄膜的简便方法,并对α-Fe2O3纳米棒表面进行修饰以制备出α-Fe2O3@WO3复合光阳极,且以天然海水作为电解液,对两种光电极材料的PEC分解水制氢性能进行了研究。提出以WCl6-C2H5OH为前驱液,采用滴涂-热处理法在FTO导电玻璃上制备出了WO3薄膜,且将其作为光阳极材料首次应用于光电化学分解天然海水,系统研究了前驱液浓度和滴涂循环次数对薄膜光电性能的影响,以确定WO3薄膜的最佳制备工艺。实验结果发现,在前驱液浓度为40 mM和滴涂循环次数为25次时制备的WO3薄膜光电性能最佳,在海水电解液中,最大光电流密度可以达到1.9 mA/cm2(1.23 V vs RHE)。在三个小时持续光照后,光电流密度的衰减不到10%,说明该光电极具有较高的光电稳定性。采用水热法在FTO上合成α-Fe2O3纳米棒阵列,然后通过简单的滴涂-热处理法制备出α-Fe2O3@WO3纳米棒阵列,并通过控制滴涂循环次数来调节复合半导体中钨和铁的比例,从而进一步调控复合光阳极的光电性能。在光照强度为100 mW/cm2(AM1.5G)条件下,光电流密度能够达到1.03 mA/cm2(1.23 V vs RHE),约是纯α-Fe2O3纳米棒阵列的50倍。本文还将此复合半导体光阳极进一步应用于光电化学分解海水,结果显示α-Fe2O3@WO3纳米棒阵列展现了良好的光电性能和光稳定性,在连续五个小时的光照后,α-Fe2O3@WO3的光电流密度仍能维持在初始值的65%左右。我们还对α-Fe2O3@WO3复合式光阳极PEC分解水制氢的反应机理做了简要的分析。