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近年来,采用光电化学分解水技术,通过构筑半导体微纳结构,实现利用太阳能进行分解水制氢等可存储清洁能源的制备是光电领域的一个重要研究方向。然而,单一半导体微纳结构常常由于其光生载流子复合率较高,导致其光电化学性能较差和光电转换效率较低。构筑合适的复合半导体微纳结构,是有效提高半导体光电极材料光电化学性能的途径之一。在本论文中,采用电化学沉积法和碱性溶液的化学刻蚀手段,成功制备出ZnO纳米管阵列结构。采用水热还原法和化学浴沉积法对ZnO纳米管阵列结构进行Au和CdS纳米粒子修饰,成功构筑了 ZnO/Au、ZnO/CdS、及ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构。并利用多种实验测试表征手段,对所构筑的ZnO基纳米管阵列结构进行成分、形貌、光学和光电化学性能的研究,分析并阐明了 ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构光生载流子转移和分离过程,以及光电化学性能的增强机制。本论文的主要研究内容和结论包括:(1)利用电化学沉积并结合化学刻蚀法,以硝酸锌(ZnNO3·6H2O)为Zn源,制备出六方纤锌矿型的ZnO纳米管阵列;然后利用水热还原法,以氯金酸(HAuCl4)和柠檬酸三钠(C6H5Na2O7·2H2O)为原料,在ZnO纳米管阵列表面负载Au纳米粒子,构筑了 ZnO/Au纳米管阵列结构。深入研究了纳米管阵列结构的光学和光电化学性能。结果表明,ZnO/Au纳米管阵列结构具有显著增强的可见光吸收能力和光电化学性能。在模拟太阳光光照下,其光电流密度是ZnO纳米管阵列结构的2倍。结合可见光下的光电化学性能和光致发光性能,阐明了 ZnO/Au纳米管阵列结构光电化学性能的增强机制。(2)采用化学浴沉积法,以硝酸镉(CdN2O6·4H2O)和硫脲(CH4N2S)为原料,在ZnO纳米管阵列表面包覆CdS纳米粒子层,构筑type Ⅱ型ZnO/CdS纳米管阵列结构。光吸收测试表明,ZnO/CdS纳米管阵列结构在可见光的一定范围内(<500 nm)有强烈的光吸收能力。光电化学性能研究表明,ZnO/CdS纳米管阵列结构在模拟太阳光照射下的光电流密度值可达4.7mA/cm2,其太阳能-氢能的转换效率(STH)可达2.3%(0.8 V vs.RHE)。表明所构筑的ZnO/CdS纳米管阵列结构具有良好的光电化学活性。结合typeⅡ型能带结构,阐明了 ZnO/CdS纳米管阵列结构光生载流子的分离和转移过程,以及光电化学性能增强机制。(3)采用水热还原法和化学浴沉积法,先后在ZnO纳米管上负载Au纳米颗粒和包覆CdS纳米粒子层,构筑了 ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构。光学性能研究表明,ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构在可见光波段展现出显著增强的光吸收特性。光电化学性能研究表明,ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构的光电流密度分别是ZnO和ZnO/Au纳米管阵列光电流密度的24倍和14倍;在相对于标准RHE的0.72 V电位下,ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构的STH效率可达3.2%,分别是ZnO/CdS、ZnO/Au和纯ZnO纳米管阵列结构STH效率的1.5、23和80倍。光致发光性能研究表明,Au纳米粒子作为电子转移桥梁,将CdS导带上的光电子有效的转移到ZnO的导带上。Au纳米粒子的表面等离子体共振(SPR)效应和电子转移桥梁协同作用,使得ZnO/Au/CdS纳米管阵列结构具有显著增强的光电化学性能。