高效光电化学分解水硅基光电极的研究
发布时间：2021-02-12 16:10
光电化学（PEC）电池分解水制氢是解决全球能源危机的可持续途径之一,其核心是半导体光电极。硅（Si）由于较低的成本、合适的带隙以及优异的光电转换和电荷传输特性,是光电化学电池光电极极具潜力的候选半导体材料,但Si也面临着产氢、产氧表面反应动力学慢、稳定性差等瓶颈。本论文首先总结了改进Si光电极效率和稳定性的主要途径,介绍了目前Si光电极的研究进展,然后分别研究了高效稳定的Si光阴极和光阳极,并实现了 Si基无辅助的太阳能分解水系统。具体工作如下:（1）地球上储量丰富的过渡金属二硫属化合物（TMDs）有望成为替代贵金属的析氢反应（HER）催化剂,然而,将它们集成到光阴极用于PEC-HER的研究较少。在本论文,我们将MoSe2作为催化剂直接溅射到n+p-Si光阴极表面,以获得高效稳定的PEC-HER。在100mA/cm2 Xe灯照射下,该电极获得了 0.4 V vs.RHE（VRHE）的起始电位,29.3 mA/cm2的饱和光电流,0.32的填充因子和3.8%的能量转换效率。优异的PEC特性归因于几乎垂直竖立的二维MoSe2粗糙表面,以及Si和MoSe2之间尖锐的界面。我们还讨论了电极表面...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１工业制氢的三种主要途径
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【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料的拉曼光谱研究进展[J]. 吴娟霞,谢黎明. 科学通报. 2018(35)
[2]磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展[J]. 王博,魏世丞,王玉江,郭蕾,梁义,潘复生,徐滨士. 表面技术. 2018(08)
[3]X射线光电子能谱在材料研究中的应用[J]. 向诗银,杨水金. 湖北师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]扫描电子显微镜在无机材料表征中的应用[J]. 杨志远,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(04)
[5]原位透射电子显微术研究进展[J]. 李霞章,DENG Fei,NI Chao-ying,陈志刚. 理化检验(物理分册). 2015(04)
[6]磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J]. 郝晓亮. 电子工业专用设备. 2013(06)
[7]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[8]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[9]磁控溅射镀膜技术的发展[J]. 余东海,王成勇,成晓玲,宋月贤. 真空. 2009(02)
[10]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
本文编号：3031118
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１工业制氢的三种主要途径
高效光电化学分解水硅基光电极的研究?第一章引言??Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ?Ｅｎｅｒｇｙ??，—丨?．??ＩＩｃＭｔ?Ｂｉｏｎｍｓｓ??＼ｋｃｈａｍｃａｌ?ｈｎｃｒｇ＞???＊???Ｍｔ＇ｉ＇ｔｉ?ｉｃｉｔ＞?Ｃ?ｏｍｅｒｓｉｏｎ??２２ＳＩ?ｔｌｃｃｔｒｏｌｙｓＫ?｜?Ｐｈｏｆｏｌｙｓｉｓ??Ｈｙｃｌｒ？ｊ？ｅｎ??图１－２利用太阳能等可再生能源生产氢气的可持续途径。??１．２光电化学分解水??１．２．１光电化学分解水原理??从化学热力学来讲，水是一种十分稳定的化合物，水分解是一个能量爬坡的过??程，在标准条件下，１?ｍｏｌ?Ｈ２Ｏ分解为氢气和氧气，Ｇｉｂｂｓ自由能增加了?２３７?ＫＪ／ｍｏｌ??（１－１），根据能斯特方程，这对应于每个电子的转移需要ＡＥ＾１．２３Ｖ。??Ｈ２〇（ｌ）?—?Ｈ２（ｇ）＋ｌ／２〇２（ｇ）?（ＡＧ°?＝?＋２３７．２?ＫＪｍｏｌ—１）?（１－１）??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ??（Ｖ?ｖｓ．ＮＨＥ）??ｐｉｉ?＝?ｏ??Ｈｊ－ｅｖｏｌｕｌｉｏｎ?ｃｏｃａｔａｌｙｓｔ??＼??—Ｑ?＾??（ｉｒ／ｉｉ２）—〇?ｃｂ?Ａ?，’??Ｈ?ｈ２〇…??（０２／Ｈ２０）－－＋１．２３?ｖｂ?■?？ｆｈ＾＾０、（Ｕ〇??／?＾?＼??，?＼??／?＾??Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ?（Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｃｏｃａｔａｌｙｓｔ??图１－３半导体光分解水示意图。??光电化学分解水的核心是其半导体电极。利用半导体进行光分解水主要分为??３??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料的拉曼光谱研究进展[J]. 吴娟霞,谢黎明. 科学通报. 2018(35)
[2]磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展[J]. 王博,魏世丞,王玉江,郭蕾,梁义,潘复生,徐滨士. 表面技术. 2018(08)
[3]X射线光电子能谱在材料研究中的应用[J]. 向诗银,杨水金. 湖北师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]扫描电子显微镜在无机材料表征中的应用[J]. 杨志远,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2015(04)
[5]原位透射电子显微术研究进展[J]. 李霞章,DENG Fei,NI Chao-ying,陈志刚. 理化检验(物理分册). 2015(04)
[6]磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J]. 郝晓亮. 电子工业专用设备. 2013(06)
[7]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[8]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[9]磁控溅射镀膜技术的发展[J]. 余东海,王成勇,成晓玲,宋月贤. 真空. 2009(02)
[10]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
本文编号：3031118
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