高效稳定光解水硅光阴极的研究

发布时间：2021-07-22 15:49

　　化石燃料是不可再生能源。由于大量使用,地球上的化石燃料资源日渐枯竭。另外,化石燃料的燃烧造成环境污染、生态恶化和气候变化等严重的世界性问题。这些现状迫切要求我们寻找清洁环保可循环的新能源,其中用太阳能分解水制取氢气成为众多研究中的重点。首先,太阳能和水资源作为生产氢气的原料,都是无害且可持续的。其次,太阳能转换成氢能理论上几乎可以不受地域、环境和原材料的影响。再者,制出的产物氢气热值高,易于存储和运输,燃烧产物为水,对环境无污染,是一种理想的新能源。因为水溶液中的H+和OH-无法自行进行得失电子,所以从太阳辐射到地球表面的光不能直接将水分解。我们需要借助半导体光电极来实现光分解水,而电极的质量决定了光分解水制取氢气能力的高低。决定因素是:效率、稳定性和成本。半导体Si在太阳能电池领域高效、低成本等诸多优势,本论文的工作重点是通过Si半导体结合合适的催化剂和钝化保护层来制备高效稳定的硅光解水光阴极。（1）分别对硅片前后界面和催化剂进行优化,再结合Ti O₂钝化薄膜的保护,来实现硅光解水光阴极高效稳定的目标。硅片的优化是在前表面具有金字塔陷光微结构,前后表面分别掺杂磷... 

【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

利用太阳能分解水制氢气的简单模型

自 1972 年日本学者 Honda 等人在 n 型 TiO2半导体光电水制氢后[2]（模型如图 1-2 所示），用于光解水制氢的半导体比如，光阳极：WO3，Fe2O3，TiO2，BiVO4和 Ta2O5等，光阴极h 掺杂 SrTiO3等。Walter 等人和 Chen 等人分别在 Chemical Rev类光电极材料进行了详细的描述和评论[3,4]。目前，金属氧化。金属氧化物优点是比较稳定，但带隙普遍较宽，可见光利用动力来支持光解水制氢的进行。相比之下，Si 和 III-VI 族半导换和电荷传输性能较为突出，是重要的光伏和电子材料，在光的制备中同样拥有巨大潜力。其中 Si 最为常见，资源丰富，对成熟，能带位置和带隙都非常适合光分解水光阴极的制备。，Si 本身的导带位置比 H+/H2的氧化还原电位更负，它与氧化还原电位更正的其它光阳极结合，可以形成无需外电压的光学 Si 光阴极值得深入研究。

图 1-3 半导体光催化制氢反应过程示意图催化分解水的过程能够高效的进行，我们必须关注以下几个，主要包括能带匹配性和稳定性两个方面。能带宽度决定了光的难易，而稳定性决定了电极的使用寿命以及制氢时长。可以手改善样品的稳定性。(2) 助催化剂的使用，助催化剂可以降导体与电解液之间过电势过高，在分解水的过程中无法提供足已研究过的助催化剂中，分为贵金属和非贵金属催化剂，普遍性能较高。贵金属助催化剂主要分为两类，低过电势金属和中属如 Pt、Au 和 Pd 等为低过电势金属，催化活性最高[7,8]。中 Ni 的活性次之[9,10]。贵金属的催化活性较高但成本也较高低成本的催化剂也是我们的工作重点。(3) 电极中电子空穴穴对的复合致使光生载流子的大量流失，大大降低了光电极的


本文编号：3297439