BiVO 4 光阳极与CuBi 2 O 4 光阴极载流子分离及注入效率的改善研究

发布时间：2021-11-19 20:45

　　当今社会,日益严重的能源危机和环境问题迫使人们探索清洁、可再生能源,以替代传统的化石能源。氢气的能量密度高,其燃烧产物为水,近乎零排放,因此,氢能是一种潜力巨大的新型清洁和可再生能源。光电化学分解水电池可以将世界上总量最大的、可再生的太阳能转化为可以存贮的氢能。发展高性能的半导体光电极材料（包含光阳极和光阴极材料）是实现高能量转化效率的光电化学分解水电池的必经之路。理想的光电极材料不仅要有合适的带隙,还要具备较强的抗化学腐蚀和光腐蚀的能力。目前报道的多数金属氧化物半导体光电极成本低廉,具有较强的可见光响应能力和相对较好的化学稳定性、光稳定性,上述优势使得金属氧化物半导体光电极有望率先实现大规模的应用。然而,目前金属氧化物光电极的太阳能转化效率与它们理论值还有着比较大的差距,这也是目前大多数其它类型半导体光电极共同面临的问题。半导体光电极的光生载流子在其体相和表面复合,电极表面电荷与水反应的势垒是限制它们性能的主要因素。因此,抑制光生载流子的体相和表面复合,促进光生载流子的分离,提高光电极的表面水反应速率是提升半导体光电极性能的主要途径。本论文以BiV04和CuBi204为研究对象,针对... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：182 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?ｎ型半导体和氧化还原电位不相同的电解液接触之后的能带示意图：（ａ）平带的情况，??＆和电解液Ｅｒｃｄ（？ｘ的能级位置相等，此时没有任何电势的变化，界面处不会形成空间电荷层；??（ｂ）?Ｅｆ的能级位置低于电解液ＥｒｃｄＱＸ的能级位置时形成向下弯曲的空间电荷层（?

和ｎ型半导体构成的叠层电池（ｐ－ｎＰＥＣ?ｃｅｌｌ）?［２２，?２３］。这五种类型电池的工作原??理如下：??（１）单个ｎ型半导体（或者ｐ型半导体）与金属对电极组成的电池，如图１－３??５??

（或图１－４）所示。以ｎ型半导体为例，其与电解液、金属对电极和外加电路构成??分解水电池。ｎ型半导体的首要作用是吸光，在吸收能量大于或等于其带隙的光??子之后，非平衡态的电子和空穴会分别产生于其导带和价带。如图１－ｌｃ所述，ｎ??型半导体和电解液接触之后，能带向上弯曲并产生空间电荷区，光生载流子在空??间电荷区的电场作用下分离。光生空穴受电场力的驱动迀移到半导体与电解液的??界面并与水反应产氧。光生电子在空间电荷区电场的作用下，迁移到导带基底并??通过外电路到达对电极，然后与水反应产氢。单个ＩＩ型半导体（或者ｐ型半导体）??组成的分解水电池对半导体的要求如下：１、半导体的导带位置负于水的产氢电??位，同时其价带位置正于水的产氧电位，符合热力学上的反应条件；２、半导体??在４００?ｒｎｎ之后的量子效率要足够高，这样才能有效利用太阳光大部分的能量??（４００－８００?ｎｍ）。??？—■＞???＾?Ｚ一??—一麵■?１?麵睡?ＥＦｎ?ｈ２／ｈ＋?＾?———??＼］?＿＿??Ｅｐ

【参考文献】：
博士论文
[1]（氧）氮化物的制备及其光电化学水分解性能的研究[D]. 冯建勇.南京大学 2014



本文编号：3505834