三氧化钨光阳极制备优化及光电化学性质研究

发布时间：2020-03-21 03:00

【摘要】：光电化学水分解电池能将太阳能转换为清洁的氢能源,有望解决全球的能源危机。光电极作为光电化学水分解电池的重要组成部分,其性质直接决定了电池的最终转换效率,因此半导体光电极的设计与构建一直是该领域研究的核心问题。WO_3因其可见光响应良好、无毒经济、在酸性条件下化学性质较为稳定等优点被广泛应用于光电化学领域,然而,WO_3在电荷传输过程中较高的载流子复合率和表面氧化动力学等方面的不足严重制约了其实际应用。基于此,本文从制备方法、形貌调控、表面后处理及修饰等角度开展研究,并进一步探讨了光生载流子的转移和性能提升的内在机理。具体研究工作如下:(1)制备并优化WO_3光阳极:采用电泳沉积法制备WO_3光阳极,以150 nm和2~3?m两种粒径的WO_3粉末作为原材料,结果表明:由前者制备的光阳极性能更优异。此外,确立了制备光阳极的最优条件:粒径150 nm,薄膜厚度为5.5?m且在450℃退火1小时。(2)后处理修饰WO_3光阳极:采用滴加偏钨酸铵溶液并退火的的方法对电泳沉积制备的WO_3进行后处理,使器件在1.23 V_(RHE)处的光电流提高到原先的16倍。随后,为探究性能提升的机理,设计并制备了3种不同结构的光阳极,研究结果表明,光阳极电连接的增强是器件性能提升的主要因素。(3)α-Fe_2O_3修饰WO_3光阳极:采用水热生长法在WO_3表面上制备α-Fe_2O_3层形成复合光阳极。对复合光阳极的形貌和光电性能进行表征,复合光阳极较WO_3光阳极光电流下降,但其光电流的衰减速度相对变缓。
【图文】：

第一章 绪论研究的背景和意义随着全球人口的不断增长和工业化的快速发展，人们对物质生活水平的需求不断提对能源的需求量和依赖程度也在急剧增加。到目前为止，石油、天然气、煤炭等矿然是全球消费的主要能源，其中石油是世界的主导燃料，占所有能源消费的近三分之 25 年全球一次能源消费量见图 1.1 所示[1]。这样的能源消耗结构使地球的矿物燃料断减少，而且这些矿物燃料在燃烧的同时会释放出大量的 CO2等温室气体，加剧了内的温室效应和大气污染。中国作为占全球能源消费量 23%的最大能源消费国，近年大城市出现的雾霾等空气污染给我们的日常生活和健康带来的极大的损害，因此，化能源消费结构，实现清洁低碳发展是我们亟须解决的问题。

利用阴极和阳极在光照下的电势差产生电流达到分解水urner 课题组将 P 型半导体 GaIn2作为光阳极材料[11]，使得太阳能光解到 12.4%，但是由于该光阳极材料稳定性较差且价格昂贵，制约了其进一步发展。国内外很多学者对光电催化分解水展开了大量的科学研究[12-21]。201等研究人员利用钙钛矿材料作为电极，，使光催化制氢的转换率达到 1理论日趋成熟，利用太阳能光电催化水分解制氢在未来的能源领域中[23]。化学水分解电池的工作机理化学水分解电池的基本结构
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2592633