基于硅薄膜材料高效自驱动光电催化分解水研究
发布时间：2021-03-20 18:43
光电化学分解水制氢可以直接把太阳能转化并储存为化学能,是利用洁净能源的关键技术之一。半导体材料是构筑太阳能光电转化的主体,而界面间良好的电荷转移以及稳定的助催化剂是实现太阳能高效转化成氢气的必要条件。本论文工作围绕硅薄膜半导体材料光生电荷在电解质/助催化剂/半导体电极体间传输进行研究,首先以硅薄膜电池结构为例讨论了半导体体相内部的电荷传输、效率以及器件设计和应用,后又介绍了氧化物薄膜以及金属类,氧化物薄膜类电催化剂的活性与本身的成分,结晶性,形貌,比表面积,活性位点间的关系,并将其作为助催化剂应用于光电体系中对于硅薄膜电极-助催化剂间的电荷转移、PEC活性、稳定性影响进行分析,借助于多种物理表征,电化学测试,以及光伏,表面光电压测试设备设计“电子提取层”迅速转移光生电子,解决光电极易于腐蚀的问题,致力于开发高效稳定自驱动光电化学体系并探索其背后蕴藏的科学规律,主要内容包括:（1）采用两步化学法:首先利用层状水滑石骨架,进行离子交换破坏层状结构,然后低温还原致使结构完全无序合成具有优异的碱性析氢活性准非晶镍金属催化剂,起始电位接近0 mV,在10 mA cm-2下所需的过电位低至240 ...
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３金属氧化物在酸性和碱性溶液中的ＡＨ与过电位的“火山曲线”关系
?是，只有很少部分的半导体材料能满足上述能带要求，限制了光阳（阴）极材料??的开发利用。于是，第三种构造模式（图１－４ｃ）出现：选取价带顶（ＶＢ）低于水??氧化电位（Ｈ２０／０２）的ｎ型半导体作为光阳极，导带底（ＣＢ）高于水还原电位（Ｈ２／Ｈ２０）??的Ｐ型半导体为光阴极；即可依靠各自的能带位置“分头”完成水的分解，这样??一来极大增加了半导体材料的可选性。??ａ）?———ＳＳ：??ｂ）?ｒ?ＨＥ：?ａ??＊＇！?卜．．?ａｊｉ?Ｉ｜ｓ．??真?＾?＾?ｈ??＾ｒｐ?ｅ－?＾?？?＾?＇ｈｏ??？Ｉ?ｍＭ?－?心ｖ?ｉ?择■??ｆ々？?：：。?Ｈ，Ｃ??Ｐｈｏｔｏａｉｉｏｄｅ?；?Ｐｂｏｔｏｃａｒｈｏｄｃ??ｅ）?＊ｓ?｜??１：?ｆ：：：：?－?．?＾，．０，＾?｜??＿蒙??Ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ??图１－４光电化学池构造示意图［２６】。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＥＣ?ｃｅｌｌｓ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［２６】．??１．４．１影响光电化学池的主要因素??光电化学基本过程是：以ｎ型半导体为例，在光照下，ｎ型半导体与金属电极??短路连接，光生空穴穿越界面参与氧化反应，光生电子则经由和半导体材料形成??欧姆接触的导电基底流向外电路，形成了光电流。对于Ｐ型半导体而言，光生电??子穿越界面参与还原反应。??根据ＧＳｒｔｎｅｒｆ２６坤莫型
?是，只有很少部分的半导体材料能满足上述能带要求，限制了光阳（阴）极材料??的开发利用。于是，第三种构造模式（图１－４ｃ）出现：选取价带顶（ＶＢ）低于水??氧化电位（Ｈ２０／０２）的ｎ型半导体作为光阳极，导带底（ＣＢ）高于水还原电位（Ｈ２／Ｈ２０）??的Ｐ型半导体为光阴极；即可依靠各自的能带位置“分头”完成水的分解，这样??一来极大增加了半导体材料的可选性。??ａ）?———ＳＳ：??ｂ）?ｒ?ＨＥ：?ａ??＊＇！?卜．．?ａｊｉ?Ｉ｜ｓ．??真?＾?＾?ｈ??＾ｒｐ?ｅ－?＾?？?＾?＇ｈｏ??？Ｉ?ｍＭ?－?心ｖ?ｉ?择■??ｆ々？?：：。?Ｈ，Ｃ??Ｐｈｏｔｏａｉｉｏｄｅ?；?Ｐｂｏｔｏｃａｒｈｏｄｃ??ｅ）?＊ｓ?｜??１：?ｆ：：：：?－?．?＾，．０，＾?｜??＿蒙??Ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ??图１－４光电化学池构造示意图［２６】。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＥＣ?ｃｅｌｌｓ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［２６】．??１．４．１影响光电化学池的主要因素??光电化学基本过程是：以ｎ型半导体为例，在光照下，ｎ型半导体与金属电极??短路连接，光生空穴穿越界面参与氧化反应，光生电子则经由和半导体材料形成??欧姆接触的导电基底流向外电路，形成了光电流。对于Ｐ型半导体而言，光生电??子穿越界面参与还原反应。??根据ＧＳｒｔｎｅｒｆ２６坤莫型
本文编号：3091482
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３金属氧化物在酸性和碱性溶液中的ＡＨ与过电位的“火山曲线”关系
?是，只有很少部分的半导体材料能满足上述能带要求，限制了光阳（阴）极材料??的开发利用。于是，第三种构造模式（图１－４ｃ）出现：选取价带顶（ＶＢ）低于水??氧化电位（Ｈ２０／０２）的ｎ型半导体作为光阳极，导带底（ＣＢ）高于水还原电位（Ｈ２／Ｈ２０）??的Ｐ型半导体为光阴极；即可依靠各自的能带位置“分头”完成水的分解，这样??一来极大增加了半导体材料的可选性。??ａ）?———ＳＳ：??ｂ）?ｒ?ＨＥ：?ａ??＊＇！?卜．．?ａｊｉ?Ｉ｜ｓ．??真?＾?＾?ｈ??＾ｒｐ?ｅ－?＾?？?＾?＇ｈｏ??？Ｉ?ｍＭ?－?心ｖ?ｉ?择■??ｆ々？?：：。?Ｈ，Ｃ??Ｐｈｏｔｏａｉｉｏｄｅ?；?Ｐｂｏｔｏｃａｒｈｏｄｃ??ｅ）?＊ｓ?｜??１：?ｆ：：：：?－?．?＾，．０，＾?｜??＿蒙??Ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅ??图１－４光电化学池构造示意图［２６】。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ＰＥＣ?ｃｅｌｌｓ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?［２６】．??１．４．１影响光电化学池的主要因素??光电化学基本过程是：以ｎ型半导体为例，在光照下，ｎ型半导体与金属电极??短路连接，光生空穴穿越界面参与氧化反应，光生电子则经由和半导体材料形成??欧姆接触的导电基底流向外电路，形成了光电流。对于Ｐ型半导体而言，光生电??子穿越界面参与还原反应。??根据ＧＳｒｔｎｅｒｆ２６坤莫型
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