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半导体光电化学(Photoelectrochemical,PEC)分解水技术是利用太阳能资源解决能源问题和环境问题的潜在有效途径之一。在众多半导体材料中,硫化镉(CdS)有着良好的电子迁移率,光吸收范围大,以及拥有合适的导带和价带能级用于分解水等优点,被认为是一种很有前途的光阳极材料,本论文利用简单的水热法制备了 CdS纳米棒阵列结构,并以CdS纳米棒阵列结构为基础,分别通过光照还原法、原位氧化法和物理吸附法构筑了 β-Ni(OH)2@CdS和TiN@CdS异质结纳米棒阵列结构,研究了纳米棒阵列结构的成分、形貌、光学性能和光电化学性能,并深入探究其光电化学性能增强机理。本论文的主要研究内容和结论如下:采用简易的一步水热法,以六水合硝酸镉(Cd(NO3)2·6H2O)为镉源,谷胱甘肽(G-SH)为模板,硫脲(Thiourea)为硫源,通过调节不同水热温度在导电玻璃上生长出了具有六方纤锌矿结构的CdS纳米棒阵列结构,研究了水热温度对CdS纳米结构的形貌和生长密度的影响。在可见光下,以不同水热温度生成的CdS纳米棒阵列结构为光阳极,采用三电极电化学工作站测试和研究了CdS纳米棒阵列结构的光电化学性能,结果表明,在200℃水热温度下制备的CdS纳米棒阵列结构光阳极具有最优的光电性能,其瞬态光电流密度分别是150℃和180℃下制备的CdS纳米棒阵列光阳极1.5、1.1 倍。采用光沉积法和原位氧化法,以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为镍源在CdS纳米棒阵列上沉积β-Ni(OH)2纳米粒子,构筑type-Ⅱ β-Ni(OH)2@CdS纳米棒阵列结构。通过控制光沉积时NiCl2·6H2O溶液浓度,调控β-Ni(OH)2纳米粒子的负载量,测试和研究了 β-Ni(OH)2@CdS纳米棒阵列结构的光电化学性能。在可见光照射下,经优化NiCl2溶液浓度后制备的β-Ni(OH)2@CdS纳米棒阵列结构在无偏压下的PEC测试研究中表明,β-Ni(OH)2@CdS异质结纳米棒阵列结构光电阳极的H2产生速率是CdS纳米棒阵列结构光电阳极的8倍,且具有优异的稳定性。莫特肖特基(MS)和紫外可见(UV-vis)测试和分析清楚地表明,所构筑的p-Ni(OH)2@CdS异质结纳米棒阵列结构不仅具有p-n结,而且具有type-Ⅱ型能带结构。这一特殊结构使得β-Ni(OH)2@CdS异质结纳米棒阵列结构的光生载流子被有效转移和分离,从而显著增强其PEC和PEC的产H2性能。利用简单的物理吸附法在CdS纳米棒阵列结构上吸附TiN纳米粒子,制备了 TiN@CdS纳米棒阵列结构,并通过控制TiN纳米粒子的负载量,有效调控TiN@CdS纳米棒阵列结构的光电化学性能。经优化TiN纳米粒子负载量的TiN@CdS异质结纳米棒阵列结构光电阳极在无偏压下PEC分解水产氢测试中表明,TiN@CdS异质结纳米棒阵列结构的产氢速率是CdS纳米棒阵列结构的1.5倍,且具有优异的稳定性。基于TiN的表面等离子共振(SPR)效应,探讨和阐明了 TiN@CdS异质结纳米棒阵列结构PEC性能的增强机制。