半导体异质结的制备和光电化学性质研究

发布时间：2017-07-14 13:21

  本文关键词：半导体异质结的制备和光电化学性质研究

  更多相关文章： 光电化学池 水分解 异质结

【摘要】：光电化学电池利用太阳能制氢,为解决能源和环境问题提供了可行途径,但仍然面临着许多挑战。目前绝大多数单一无机半导体材料如TiO_2,α-Fe_2O_3,Si等,由于诸如太阳光吸收率低,光量子产率低,能级不匹配,载流子复合严重等问题,使得其光解水产氢效率很低。异质结纳米复合材料可以综合两种或多种材料各自的优点,同时异质结构可以有效提高载流子的分离效率,加速载流子的传输,从而提高光催化效率。基于上述原理问题和原理,本论文主要利用ZnIn_2S_4和α-Fe_2O_3设计并合成了四种异质结,并详细研究了其光电化学性能和工作机制:(1)ZnIn_2S_4/TiO_2:水热法合成TiO_2纳米棒阵列,再在TiO_2纳米棒上水热生长出Zn In2S4纳米片。这种2D/1D异质结增大了比表面积和可见光响应,加速电荷的传输,光电流与TiO_2纳米棒相比提高了2倍。(2)ZnIn_2S_4/TiO_2/Si:通过金属辅助刻蚀法在n型Si片上制备Si纳米线,再利用原子层沉积技术沉积薄层TiO_2于Si纳米线上作为保护层,最后通过水热法生长出ZnIn_2S_4纳米片。这种多元异质结增大了反应的比表面积,能够加速电荷的分离和传输。其最大光转化效率达到了0.51%,与Si纳米线相比提高了64倍。(3)ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3:水热法合成Fe_2O_3纳米棒,然后利用原子层沉积技术沉积ZnO与α-Fe_2O_3上,通过后退火方法得到ZnFe_2O_4。ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3为典型的type-II型异质结,可以有效分离光生电子-空穴对,使得Fe_2O_3的光电流从0.03 mA cm-2提高到了0.29 mA cm-2。(4)Ni(OH)_2/α-Fe_2O_3:利用原子层沉积技术在FTO导电玻璃上沉积超薄α-Fe_2O_3膜,然后水热法生长超薄Ni(OH)2纳米片。Ni(OH)2则作为析氧反应助催化剂,提高了系统反应动力,进而降低过电势,使得起始电势向负移动了400 mV,光电流从0.21mA cm-2提高到了0.37 mA cm-2。本论文中工作有助于我们理解异质结工作原理,同时也为提高光解水的效率提供了可行途径
【关键词】：光电化学池 水分解 异质结
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章引言11-22
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 光电化学池分解水原理12-13
• 1.3 光解水半导体材料13-15
• 1.3.1 TiO_213-14
• 1.3.2 α-Fe_2O_314-15
• 1.3.3 Si15
• 1.4 光催化半导体异质结设计分类15-17
• 1.4.1 量子点敏化15-16
• 1.4.2 等离子效应16
• 1.4.3 半导体-半导体异质结16-17
• 1.4.4 负载助催化剂17
• 1.5 本文的研究意义和研究内容17-19
• 1.5.1 本文的研究意义17-18
• 1.5.2 本文的研究内容18-19
• 参考文献19-22
• 第二章 实验部分22-26
• 2.1 材料制备方法22
• 2.2 材料表征22-25
• 2.2.1 材料的形貌表征和物相分析22-23
• 2.2.2 材料的光学性质分析23
• 2.2.3 材料的PEC性能测试与表征23-24
• 2.2.4 材料的电化学特性研究24-25
• 参考文献25-26
• 第三章 ZnIn_2S_4/TiO_2异质结光阳极的光电化学性能研究26-37
• 3.1 前言26-27
• 3.2 材料合成27-28
• 3.2.1 TiO_2纳米棒的合成27
• 3.2.2 ZnIn_2S_4纳米片/TiO_2纳米棒阵列的合成27-28
• 3.3 实验结果和分析讨论28-34
• 3.3.1 材料的形貌和物相分析28-31
• 3.3.2 材料的光学性质31-32
• 3.3.3 材料的PEC性能32-33
• 3.3.4 材料的电化学阻抗特性33-34
• 3.4 总结34-35
• 参考文献35-37
• 第四章 ZnIn_2S_4/TiO_2/Si多元异质结光阳极的光电化学性能研究37-50
• 4.1 前言37-38
• 4.2 材料合成38-39
• 4.2.1 Si纳米线的合成38
• 4.2.2 TiO_2/Si纳米线的合成38
• 4.2.3 ZnIn_2S_4/TiO_2/Si异质结的合成38-39
• 4.3 实验结果和分析讨论39-47
• 4.3.1 材料的形貌和物相分析及光学性质39-41
• 4.3.2 材料的PEC性能41-44
• 4.3.3 材料的电化学阻抗特性44-46
• 4.3.4 电荷传输机制46-47
• 4.4 总结47-48
• 参考文献48-50
• 第五章 ZnFe_2O_4/α-Fe_2O_3异质结光阳极的光电化学性能研究50-61
• 5.1 前言50
• 5.2 材料的合成50-51
• 5.2.1 Fe_2O_3纳米棒阵列的合成50-51
• 5.2.2 ZnFe_2O_4/Fe_2O_3纳米棒的合成51
• 5.3 实验结果和分析讨论51-57
• 5.3.1 材料的形貌和物相分析51-54
• 5.3.2 材料的光学性质和PEC性能54-56
• 5.3.3 材料的电化学阻抗特性56-57
• 5.4 电荷传输机制研究57-58
• 5.5 总结58-59
• 参考文献59-61
• 第六章 Ni(OH)_2/α-Fe_2O_3异质结光阳极的光电化学性能研究61-72
• 6.1 前言61-62
• 6.2 材料的合成62-63
• 6.2.1 超薄Fe_2O_3纳米薄膜的合成62
• 6.2.2 Ni(OH)_2/Fe_2O_3的合成62-63
• 6.3 实验结果和分析讨论63-69
• 6.3.1 材料的形貌和物相分析及光学性质63-65
• 6.3.2 材料的PEC性能65-67
• 6.3.3 材料的电化学阻抗特性67-69
• 6.4 总结69-70
• 参考文献70-72
• 主要结论72-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74-76
• 致谢76-78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗芳,柳闽生,吕群,徐常龙;光电化学的特性及研究进展[J];江西教育学院学报(自然科学);2000年03期

2 武文俊,郝彦忠;聚3-甲基噻吩的光电化学研究[J];感光科学与光化学;2004年05期

3 童汝亭,蔡生民;氧化铁电极的半导体性能和光电化学 Ⅱ.热形成的氧化铁电极的稳定性和光电化学性质的研究[J];北京大学学报(自然科学版);1987年06期

4 车得基;朱伯仲;张茂林;何萍芬;李波;;富里酸—氢醌体系的光电化学研究[J];郑州大学学报(自然科学版);1984年01期

5 杨迈之,Marc DE BACKER;对四-2,3-吡啶并紫菜嗪铬的薄膜电极的光电化学研究[J];物理化学学报;1991年02期

6 李军,谭正,糜天英;多晶Hg_(0.09)Cd_(0.91)Te薄膜的光电化学行为[J];应用化学;1990年01期

7 余家康,曹楚南,杜天保,林海潮;光电化学微区成象系统的建立[J];腐蚀科学与防护技术;1996年02期

8 李东升,吕功煊;导电聚合物-半导体纳米颗粒自组装膜(Ⅱ)——光电化学性质[J];高等学校化学学报;2002年04期

9 杨迈之;半导体超微粒的光电化学[J];物理;1994年05期

10 徐苹,张文保,吴浩青;n-GaAS_(1-x)P_x的光电化学行为[J];高等学校化学学报;1982年03期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 杨洁;赵尧敏;许娟;严曼明;江志裕;;热氧化法制备TiO_2电极及其光电化学性质研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

2 郑舒方;陆军;;DSD-DND/LDH二维D-A型复合体系的合成及其光电化学性质研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会：光电功能器件[C];2014年

3 李东升;吕功煊;;磺酸化聚苯胺/纳米硫化镉自组装膜的制备及其光电化学性质[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

4 宋庆;曹亚安;艾欣;高军波;钱新明;汤钧;王策;张万金;姚建年;白玉白;;齐聚苯胺敏化TiO_2电极的光电化学研究[A];中国第六届光伏会议论文集[C];2000年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 金志欣;二氧化钛纳米棒阵列与分枝结构的液相生长及光电化学太阳能转换性能研究[D];东北师范大学;2016年

2 刘兆阅;染料敏化复合氧化物纳米晶电极的光电化学性质研究[D];吉林大学;2005年

3 赵伟伟;光电化学生物分析法研究[D];南京大学;2012年

4 张明龙;超声喷雾热解制备α-Fe_2O_3薄膜及其光电化学性质研究[D];南京大学;2012年

5 陈达;TiO_2纳米材料及其复合体系在光电化学领域中的应用研究[D];中国科学技术大学;2008年

6 李文章;WO_3基纳米结构薄膜电极的制备、表征及其光电化学性质研究[D];中南大学;2011年

7 李磊;光电化学法分解有机物制氢的研究[D];复旦大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 朱桦;基于半导体纳米材料的标记型光电化学免疫传感[D];南京大学;2016年

2 赵志华;CaNbO_2N光阳极的制备及其光电化学分解水性能研究[D];南京大学;2016年

3 刘琼;半导体异质结的制备和光电化学性质研究[D];苏州大学;2016年

4 刘青;铁电极化调制的BiFeO_3薄膜光电化学性能研究[D];苏州大学;2016年

5 王小登;基于三氧化钨的异质结制备及其光电化学水分解行为研究[D];西南大学;2016年

6 姜雨佳;激光电化学复合沉积的过程检测及试验研究[D];江苏大学;2016年

7 王萍;半导体氧化物（ZnO、ZnFe_2O_4、α-Fe_2O_3）光阳极的电化学制备及其光电化学性能研究[D];浙江大学;2014年

8 陈红;碳纳米管修饰电极的电化学、光电化学行为[D];华东理工大学;2010年

9 刘丽英;三氧化钨基光电极的制备及其光电化学性能研究[D];浙江大学;2013年

10 南峰;反蛋白石结构BiVO_4光电极的制备及其光电化学性能增强研究[D];苏州大学;2015年

，

本文编号：541266