CuBi 2 O 4 光电阴极的制备及光电化学性能调控

发布时间：2023-11-04 16:30

　　人类发展面临的主要威胁来源于环境污染和能源危机,迫切需要寻找绿色和可持续的替代能源。光电化学(PEC)已被公认为解决环境污染和能源危机的有效途径之一。目前已经探索了大量的n型半导体作为光电化学电池中的光阳极,而只有少数基于金属氧化物的光电阴极被研究。如何寻找低成本,稳定,带隙结构合适且具有更正起始电位的半导体光电阴极材料仍然是一个挑战。三元铜基氧化物CuBi₂O₄,因其低成本,地球含量丰富和无毒性,光吸收范围可调等优势而成为满足理论可行的太阳能产氢要求的材料,但存在电荷载流子传输不良,光致腐蚀,稳定性差等问题。针对CuBi₂O₄光电极存在的上述不足,本论文分别提出利用掺杂与助催化剂共修饰,异质结与表面钝化相组合策略来有效改善其光电化学性能,主要研究内容包括以下两个方面:我们设计了一种便利的薄膜转移技术和简单的吸附处理工艺制备了Ag和N掺杂石墨烯量子点共修饰CuBi₂O₄(NGQDs/Ag-CBO)亚微米棒光电阴极,并分别将NGQDs/Ag-CBO亚微米棒光...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 PEC分解水的基本原理
    1.3 PEC光电极的种类
        1.3.1 光电阳极
            1.3.1.1 二氧化钛(TiO₂)
            1.3.1.2 赤铁矿(α-Fe₂O₃)
            1.3.1.3 三氧化钨(WO₃)
            1.3.1.4 钒酸铋(BiVO₄)
            1.3.1.5 氧化锌(ZnO)
        1.3.2 光电阴极
            1.3.2.1 二元金属氧化物
            1.3.2.2 三元金属氧化物
            1.3.2.3 四元光阴极材料
            1.3.2.4 其他典型光阴极材料
    1.4 PEC光电极的制备
        1.4.1 湿化学沉积
        1.4.2 颗粒沉积
        1.4.3 气相沉积
    1.5 PEC光电极的性能影响因素
        1.5.1 结晶度
        1.5.2 维数
        1.5.3 尺寸
        1.5.4 带隙
        1.5.5 pH依赖性
    1.6 提高光电极性能的策略
        1.6.1 内置电位的控制
        1.6.2 表面态的钝化
        1.6.3 表面电导率的改善
        1.6.4 光电极表面的稳定
    1.7 论文的选题依据和意义
第二章 Ag⁺和N掺杂石墨烯量子点共修饰CuBi₂O₄亚微米棒光电极制备及光电性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验内容
        2.2.1 实验仪器和试剂
            2.2.1.1 实验试剂
            2.2.1.2 实验仪器
        2.2.2 实验步骤
            2.2.2.1 CBO亚微米棒的合成
            2.2.2.2 CBO微球的合成
            2.2.2.3 NGQD的合成
            2.2.2.4 Ag-CBO亚微米棒的合成
            2.2.2.5 材料的表征
            2.2.2.6 NGQDs/Ag-CBO SMRs/FTO光电阴极的制备
            2.2.2.7 电化学和PEC测量
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 样品形貌分析
        2.3.2 所有合成的样品结构分析
        2.3.3 Ag⁺离子掺杂剂量和NGQDs负载量对CBO亚微米棒光电极光电催化活性的影响
        2.3.4 Ag⁺离子掺杂和NGQDs负载的协同作用
        2.3.5 Ag⁺和NGQDs共修饰的CBO亚微米棒和CBO微球光电极光电催化活性对比研究
        2.3.6 Ag⁺和NGQDs共修饰的CBO亚微米棒光电催化分解水机理研究
    2.4 本章小结
第三章 Ga₂O₃钝化的CuBi₂O₄/CuO亚微米晶异质结薄膜光电极制备及光电性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验内容
        3.2.1 实验仪器和试剂
            3.2.1.1 实验试剂
            3.2.1.2 实验仪器
        3.2.2 实验步骤
            3.2.2.1 CBO-CuO薄膜光电极的制备
            3.2.2.2 CBO-CuO/Ga₂O₃薄膜光电极的制备
            3.2.2.3 CBO-CuO/Ga₂O₃/Pt薄膜光电极的制备
            3.2.2.4 材料的表征
            3.2.2.5 电化学和PEC测量
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 薄膜条件优化
            3.3.1.1 镀膜金属顺序对薄膜的影响
            3.3.1.2 薄膜厚度对性能的影响
            3.3.1.3 镀膜金属元素比例对薄膜的影响
            3.3.1.4 退火温度对薄膜的影响
            3.3.1.5 退火时间对薄膜的影响
            3.3.1.6 对比实验
        3.3.2 Ga₂O₃条件优化
        3.3.3 Pt助催化剂修饰
        3.3.4 所制备薄膜的表征
    3.4 本章小结
参考文献
致谢
攻读硕士学位阶段发表的学术论文



本文编号：3860667