钒酸铋/硅纳米线光电化学器件分解水的研究

发布时间：2021-08-03 12:42

　　在未来可以预测的清洁能源载体中,氢气是很有前途的候选者之一,如果它能够用世界上最丰富的能源-太阳能来生产。光电化学（PEC）分解水产氢是太阳能制氢的一种重要策略,在几十年来一直广受研究。显然,一个理想的太阳能转换氢能系统若要到达实用程度,应该成本低廉制备简单,环保安全,并且拥有足够高的效率。虽然为了克服光电化学分解水的热力学和动力学势垒,只需要1.6-1.8v的光生电势,但目前尚未发现某个单一的半导体材料能实现较高的太阳能氢能（STH）转换效率。为了完全的分解水和达到一定的光电流,需要给光电极施加较大的外部偏压,这是转换效率不高的重要原因之一。因此,在光电化学领域中,我们亟需新的能实现水的完全分解的途径,并且不需要添加偏压。为代替使用电化学工作站给光电极辅以偏压来进行完全的水的分解反应,人们开始把目光转向器件设计。最简单直接的方法是将一个太阳能光伏电池（PV）连接到担载了电催化剂的电极（PV-EL）/光电极（PV-PEC）上,用光伏电池产生的偏压推动光电极分解水。到目前,效率领先的此类器件有GaAs太阳能电池连接到p型的光阴极p-GaInP2材料上;光阳极和单结或双结的硅太阳能电池串联... 

【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】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 光电极材料的发展历史
    1.3 几种光电化学水分解电池结构
        1.3.1 光电化学电池的工作原理
        1.3.2 单一型光电极水分解电池
        1.3.3 异质结光电极水分解电池
        1.3.4 p/n PEC双光子电池
        1.3.5 PV-PEC光电化学电池
    1.4 太阳能转换效率的基本理论
        1.4.1 入射光功率的影响
        1.4.2 光电流的影响
        1.4.3 外加偏压的影响
        1.4.4 光电极稳定性的影响
    1.5 几类器件的研究现状
    1.6 本文的研究内容与意义
    1.7 本文的创新之处
    参考文献
第二章 实验部分
    2.1 主要化学试剂
    2.2 光电极的基本物性表征
        2.2.1 X射线衍射(XRD)
        2.2.2 紫外可见吸收光谱(UV-vis)
        2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
        2.2.5 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OEC)
    2.3. 光电化学性质表征
        2.3.1 循环伏安测试
        2.3.2 计时安培测试(I-T)
        2.3.3 恒流计时测试
        2.3.4 量子效率
第三章 钒酸铋/硅纳米线串联器件实现无偏压水的完全分解
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 硅纳米线光阴极的制备和Pt产氢催化剂的担载
        3.2.2 钒酸铋光阳极的制备和Co-Pi产氧催化剂的担载
        3.2.3 光电化学性质表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 串联器件的可行性评估
        3.3.2 光阳极和光阴极的制备及光电化学性能表征
        3.3.3 两电极器件的性能与损耗分析
    3.4 结论
    参考文献
第四章 总结与展望
    4.1 主要结论
    4.2 展望
硕士期间发表文章列表
致谢



本文编号：3319639