TaON光阳极性能改善研究

发布时间：2017-09-11 19:11

  本文关键词：TaON光阳极性能改善研究

  更多相关文章： 光电化学分解水 氧氮化物光阳极 TaON Co-pi

【摘要】：能源危机与环境污染爆发以来,太阳能转换为氢能成为新能源研究领域的焦点,而光电化学水分解是其中一种方式。适用于光电化学分解水的半导体需要具有合适的能带带隙,导带价带位置,稳定性等多重因素。目前为止,满足上述条件的半导体并不存在,因此我们需要通过对现有半导体的修饰以提高半导体光电化学水分解的效率。提高半导体光电化学水分解效率的途径包括：(1)通过掺杂的方式调整较宽能带半导体带隙以及较窄能带半导体有效电子传输效率；(2)表面处理以减少表面复合中心位点；(3)电催化剂修饰,需要具有光电化学稳定性的电催化剂修饰半导体降低光电化学水分解反应过电势以达到提高光电化学水分解效率的目的。本论文我们以氧氮化物为研究重点,因其具备理想的能带结构,光吸收性能强,稳定性高,外加偏压低等优势。氧氮化物中的TaON作为本论文主要研究对象,通过对样品合成条件及电催化剂修饰的探索,进一步优化TaON光电化学活性提高光电化学水分解效率。主要研究内容及结论如下：(1)通过优化TaON合成温度降低其表面缺陷态,最终达到提高电荷分离效率的目的。本论文将升高制备TaON合成温度,继而氧氮比例发生变化,其中N含量减少不仅使光吸收波长变长并且通过Mott-Schottky曲线理论计算得出电荷分离效率也有一定程度提高。(2)利用电催化剂Co-pi修饰TaON光电极以提高光电化学性能。采用电沉积方法将Co-pi担载在TaON电极表面,表面修饰后得到的Co-pi/TaON电极在AM 1.5照射下,1.23 Vrhe时光电流约为2 mA cm-2,400 nm波长的IPCE为75%。
【关键词】：光电化学分解水 氧氮化物光阳极 TaON Co-pi
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-23
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 光电化学水分解电池工作原理9-13
• 1.2.1 光电化学水分解发展简史9-10
• 1.2.2 光电化学水分解电池基本结构和类型10-11
• 1.2.3 N型光电化学水分解电池工作原理11
• 1.2.4 影响N型光电化学水分解电池光阳极效率的因素11-13
• 1.3 提高光电化学水分解的途径13-15
• 1.3.1 掺杂13
• 1.3.2 表面处理13-14
• 1.3.3 电催化剂14
• 1.3.4 光电极材料形貌控制14-15
• 1.3.5 其他方法15
• 1.4 N型光电化学水分解电池的性能参数15-17
• 1.4.1 量子转换效率15-16
• 1.4.2 太阳能转换效率16
• 1.4.3 太阳能转换氢能效率16-17
• 1.4.4 光电流17
• 1.5 N型半导体光电极的研究现状17-21
• 1.5.1 金属氧化物17-19
• 1.5.2 氧氮化物19-21
• 1.5.2.1 Ta_3N_5研究现状20-21
• 1.5.2.2 TaON研究现状21
• 1.5.2.3 修饰TaON催化剂研究现状21
• 1.6 本论文的研究内容与意义21-22
• 1.7 本论文的创新之处22-23
• 第2章 实验表征部分23-27
• 2.1 基本物理性质表征23-24
• 2.1.1 粉末X射线衍射仪(XRD)23
• 2.1.2 电子扫描显微镜(SEM)23
• 2.1.3 透射电子显微镜(TEM)23-24
• 2.1.4 紫外可吸收光谱(UV-vis)24
• 2.1.5 电子能谱分析(XPS)24
• 2.2 电化学性质表征24-25
• 2.2.1 Mott-Schottky曲线24-25
• 2.2.2 电化学阻抗谱(EIS)25
• 2.3 光电化学性质表征25-27
• 2.3.1 光电流测试26
• 2.3.2 量子效率测试26-27
• 第3章 改善TaON光阳极光电性能研究27-45
• 3.1 引言27-30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 TaON粉末的制备30
• 3.2.2 TaON电极制备30
• 3.2.3 助催化剂担载30-31
• 3.3 结果与分析31-43
• 3.3.1 TaON粉末的表征31-37
• 3.3.2 TaON光电极的表面担载37-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 结论与展望45-47
• 4.1 主要结论45
• 4.2 后续工作与展望45-47
• 参考文献47-56
• 致谢56

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本文编号：832547