高效钛基氧化物复合光阳极的构建及光电化学性能研究

发布时间：2021-07-14 22:23

　　当前能源结构中近80%为不可再生的化石能源,随之带来的能源衰竭、环境污染等问题日益严峻,可再生清洁新能源的开发利用因此备受瞩目。光电化学（PEC）裂解水意在将储备丰富的太阳能通过光化学反应转换为可存储的氢能,成为新能源领域极具潜力的发展方向。PEC水裂解过程主要涉及高光子吸收、高效光生电荷的分离、传输和收集几个方面,获得PEC高效水裂解的关键在于针对上述过程开发性能优异的光阳极。TiO₂凭借其稳定、廉价无污染、能带结构匹配等优势成为光阳极材料的首要选择。但其过大禁带宽度导致可见光区光子利用率低,且本征TiO₂偏低的电子迁移率和载流子浓度导致电荷分离和传输性能不理想。针对以上问题,本论文从TiO₂自身结构入手,利用结构改性和相之间的匹配,提高电荷的分离和收集效率,同时结合具有高效可见光吸收BiVO₄材料,构建能级匹配的复合结构,进一步提高光阳极的性能。本论文取得的主要研究成果如下:根据光电催化材料结构-性能构效关系,本论文首先选取具有最低堆积因子、结构空旷的TiO₂-B为研究对象... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

(a)半导体的态密度图，(b)带边的抛物线近似，(c)本章中所用的能带示意图

NV相等的条件下，本征半导体的费米能级正好位于禁带的正于电子和空穴浓度相等造成的。从方程 1.3 可以看出，电子和度的上升而快速增加。杂半导体和费米能级际情况下我们所用的半导体基本都是掺杂半导体。从掺杂类型分为 n 型和 p 型。其中材料的费米能级是由掺杂浓度决定的，如NV，费米狄拉克方程可以简化为玻尔兹曼方程。n = exp( ) p = exp( ) 说，NC和 NV的数量级通常为 1019cm-3，因此当 n 型半导体电016cm-3时，EC-EF180meV。同样的，p 型半导体空穴的掺杂浓EF-EV180meV。图 1.2 对比了本征半导体，n 型半导体和 p 型。

高效钛基氧化物复合光阳极的构建及光电化学性能研究所带电荷是相反的,qφ 项在电化学势中是相互抵消的，因此电势和对应于电子和空穴准费米能级的差值如方程（1.13）所示 = = 何一种基于半导体吸光的能量转换装置，目标都是最大程度地为电能储存到太阳能电池中，或者作为化学产物，如氢气等，池中。


本文编号：3285006