锑系硫化物光电特性的研究及在储能上的应用
发布时间：2021-03-24 09:25
超级电容器作为一种常见的储能器件,在近年来的发展中极具竞争力。在其常用的电极材料中,金属硫化物因其特殊的层状晶格结构近年来在该领域引起了许多关注。由于该类材料多为半导体,故电子导电性较低,但其导电特性与其掺杂或缺陷浓度和光诱导状态等都有密切关系,所以具有很大的提升空间。目前,鲜有研究探讨半导体的这些光电性质与其作为电容材料的性能之间的联系。因此,本文利用电化学沉积法制备了Sb2S3薄膜,并对该薄膜进行了“PVP诱导纳米结构生长”和“PANI与Sb2S3复合”两种改性,在克服金属硫化物导电率低这一缺点的同时,探究了其在超级电容器,特别是微型超级电容器中应用的可能性。研究发现,HCl的含量对Sb2S3在ITO上的成膜有着重要的影响。当HCl含量为5 m L时,沉积液p H为0.6～0.7,此时Sb2S3薄膜的性能最好,纳米颗粒直径也更为细小。考虑到PVP作为表面活性剂可以诱导产生的新型纳米结构,是提高Sb2...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扫描速度为100mV/s时，FTO基底上的循环伏安图[5]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-生电位[11]。图1-2pH=2.5-3、浴温25℃下的循环伏安图[11]a)1.5mMSbCl3溶液；b)18mMNa2S2O3；c)1.5mMSbCl3和18mMNa2S2O3的混合物如图1-2所示，对于1.5mM的SbCl3单前驱体溶液来说，在正向扫描的过程中，阴极电流自-0.38V开始而急剧增加，在-0.82V左右出现了一个还原峰，此处对应反应式1-6，即Sb3+的还原：Sb3++3e-→Sb（1-6）此后阴极电流的增长不再是因为金属Sb的沉积，而是因为析氢反应的出现。在浓度为18mM的Na2S2O3溶液中，还原峰的位置位于-0.62V左右。该峰对应的还原反应可能如式1-7和1-8所示：S2O32-+6H++4e-→2S+3H2O（1-7）S+2H++2e-→H2S(aq)（1-8）由于上述反应可能独立存在也可能二者并存，因此不能确定最终的还原产物是单质S还是H2S。同时，该溶液在反扫过程中的CV曲线无明显氧化峰出现，作者认为这种现象的出现有两个潜在的原因：一方面可能是由于氧化反应发生在比测量范围更正的电位；另一方面若S2O32-的最终产物是H2S，则不存在
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-还原产物氧化溶解在电解液中的过程。基于以上对单一物质溶液电化学行为的研究，在pH约为2.5~3的混合沉积液中，自-0.54V开始，Sb3+与S（或S2-）结合生成Sb2S3。反向扫描时，由于基底表面的变化，阴极电流相比正扫有所减校当电位进一步增加至0.15V时，还原产物被氧化溶解。因此，在该沉积体系中，Sb2S3的沉积范围为-0.54V~-0.72V[11]。图1-3当电沉积条件不同时，TCO上Bi2S3薄膜的SEM图像[7]a)J=2mA/cm2，80℃；b)J=2mA/cm2，100℃；c)J=2mA/cm2，130℃；d)J=2A/cm2，150℃；e)J=3.5mA/cm2，130℃；f)J=0.75mA/cm2，130℃以往的研究显示，基于三电极体系直接电化学沉积所得的硫化物薄膜形貌较为单一，多数情况下均为球状纳米颗粒堆积构成的多孔网络。这种多孔结构虽然也可以容纳电解质离子的嵌入，但是由于球状结构的不稳定性，在大电流密度下多次充放电后，电极材料极易因结构膨胀而出现性能的大幅度下降。因此，拓宽电沉积所得纳米结构的形貌多样性，已经成为提高该类材料在能源领域应用价值的重要途径[12]。Hou等人通过双电极沉积获得了沿（001）晶面生长的Sb2S3纳米棒[13]。Georges等人围绕沉积电流和沉积温度两个变量，探究了二者对Bi2S3形貌的影响[7]。他们发现，当恒电流密度为2mA/cm2时，在80℃沉积温度下会形成具有纠缠形态的多孔网络（图1-3a）；当温度升到100~130℃时，膜结构则变为直径0.4~0.6μm柱状物紧密堆积构成的致密层（图1-3b,c）；而150℃时，柱状物直径有所增加，且更倾向于形成不规则六棱柱（图1-3d）。另外，当沉积温度为130℃时，在3.5A/cm2和2A/cm2电流密度下沉积会形成致密的Bi2S3薄膜（图1-3e）；但在0.75mA/cm2下形成的薄膜形貌则是由六角
【参考文献】：
硕士论文
[1]CuSbS2和Cu2ZnSnS4 p-n结纳米线光阳极的制备、表征及其光电性能研究[D]. 苏荣荣.华南理工大学 2018
[2]化学浴沉积法制备Cd掺杂Sb2S3薄膜及其光电应用[D]. 张楠楠.济南大学 2015
本文编号：3097484
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扫描速度为100mV/s时，FTO基底上的循环伏安图[5]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-生电位[11]。图1-2pH=2.5-3、浴温25℃下的循环伏安图[11]a)1.5mMSbCl3溶液；b)18mMNa2S2O3；c)1.5mMSbCl3和18mMNa2S2O3的混合物如图1-2所示，对于1.5mM的SbCl3单前驱体溶液来说，在正向扫描的过程中，阴极电流自-0.38V开始而急剧增加，在-0.82V左右出现了一个还原峰，此处对应反应式1-6，即Sb3+的还原：Sb3++3e-→Sb（1-6）此后阴极电流的增长不再是因为金属Sb的沉积，而是因为析氢反应的出现。在浓度为18mM的Na2S2O3溶液中，还原峰的位置位于-0.62V左右。该峰对应的还原反应可能如式1-7和1-8所示：S2O32-+6H++4e-→2S+3H2O（1-7）S+2H++2e-→H2S(aq)（1-8）由于上述反应可能独立存在也可能二者并存，因此不能确定最终的还原产物是单质S还是H2S。同时，该溶液在反扫过程中的CV曲线无明显氧化峰出现，作者认为这种现象的出现有两个潜在的原因：一方面可能是由于氧化反应发生在比测量范围更正的电位；另一方面若S2O32-的最终产物是H2S，则不存在
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-还原产物氧化溶解在电解液中的过程。基于以上对单一物质溶液电化学行为的研究，在pH约为2.5~3的混合沉积液中，自-0.54V开始，Sb3+与S（或S2-）结合生成Sb2S3。反向扫描时，由于基底表面的变化，阴极电流相比正扫有所减校当电位进一步增加至0.15V时，还原产物被氧化溶解。因此，在该沉积体系中，Sb2S3的沉积范围为-0.54V~-0.72V[11]。图1-3当电沉积条件不同时，TCO上Bi2S3薄膜的SEM图像[7]a)J=2mA/cm2，80℃；b)J=2mA/cm2，100℃；c)J=2mA/cm2，130℃；d)J=2A/cm2，150℃；e)J=3.5mA/cm2，130℃；f)J=0.75mA/cm2，130℃以往的研究显示，基于三电极体系直接电化学沉积所得的硫化物薄膜形貌较为单一，多数情况下均为球状纳米颗粒堆积构成的多孔网络。这种多孔结构虽然也可以容纳电解质离子的嵌入，但是由于球状结构的不稳定性，在大电流密度下多次充放电后，电极材料极易因结构膨胀而出现性能的大幅度下降。因此，拓宽电沉积所得纳米结构的形貌多样性，已经成为提高该类材料在能源领域应用价值的重要途径[12]。Hou等人通过双电极沉积获得了沿（001）晶面生长的Sb2S3纳米棒[13]。Georges等人围绕沉积电流和沉积温度两个变量，探究了二者对Bi2S3形貌的影响[7]。他们发现，当恒电流密度为2mA/cm2时，在80℃沉积温度下会形成具有纠缠形态的多孔网络（图1-3a）；当温度升到100~130℃时，膜结构则变为直径0.4~0.6μm柱状物紧密堆积构成的致密层（图1-3b,c）；而150℃时，柱状物直径有所增加，且更倾向于形成不规则六棱柱（图1-3d）。另外，当沉积温度为130℃时，在3.5A/cm2和2A/cm2电流密度下沉积会形成致密的Bi2S3薄膜（图1-3e）；但在0.75mA/cm2下形成的薄膜形貌则是由六角
【参考文献】：
硕士论文
[1]CuSbS2和Cu2ZnSnS4 p-n结纳米线光阳极的制备、表征及其光电性能研究[D]. 苏荣荣.华南理工大学 2018
[2]化学浴沉积法制备Cd掺杂Sb2S3薄膜及其光电应用[D]. 张楠楠.济南大学 2015
本文编号：3097484
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