元素掺杂和表面修饰α-Fe 2 O 3 光阳极的光电解水性能研究

发布时间：2025-03-30 04:05

　　随着现代社会的发展,对能源的需求越来越大。目前我国主要依靠化石能源,化石能源储量非常有限,温室效应严重。为了实现可持续发展,我们必须探索和开发替代能源,以取代传统的化石能源。目前公认的替代能源有太阳能、风能、核能等。其中,太阳能具有储量丰富、分布广、成本低、使用方便等优点,越来越受到相关研究人员的重视。光电化学（PEC）水分解是一种有效的太阳能收集方法,并进一步以氢气的形式储存。氢不仅可以作为清洁能源来满足我们的需要,而且还可以作为各种化学工业的重要原料,如化肥生产、石油炼制等。然而,自然界中氢的储量非常低,而且其密度非常小,很难直接从自然界中获得。通常氢气是通过化石燃料的分解和重整以及电化学水分解得到的,然而,它可以通过PEC水分解产生。近年来,半导体材料在光催化领域被认为是可行的,制备高效的PEC水分解半导体材料是目前的研究热点。在PEC分解水系统中,制备高性能的光阳极半导体是必不可少的。现已研究出了使用一系列过渡金属氧化物,如二氧化钛、氧化锌、氧化铁等作为PEC阳极材料。然而,二氧化钛、氧化锌等宽禁带半导体注定无法满足PEC水分解光转换效率的要求,因此,越来越多的研究人员将他们的研...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光电化学水分解
        1.2.1 光电化学水分解的研究背景
        1.2.2 光电化学水分解的基本原理
    1.3 常见的光阳极材料
        1.3.1 TiO₂光阳极及其优缺点
        1.3.2 WO₃光阳极及其优缺点
        1.3.3 ZnO光阳极及其优缺点
        1.3.4 SnO₂光阳极及其优缺点
        1.3.5 BiVO₄光阳极及其优缺点
    1.4 赤铁矿半导体材料基本介绍
        1.4.1 赤铁矿光阳极的机遇与挑战
        1.4.2 提升赤铁矿光阳极性能的途径
    1.5 常见的半导体改性方法
        1.5.1 形貌调控
        1.5.2 元素掺杂
        1.5.3 形成异质结
        1.5.4 共催化剂修饰
    1.6 本文研究内容及创新点
        1.6.1 研究内容
        1.6.2 创新点
第2章 实验试剂、仪器和表征
    2.1 实验试剂与仪器
    2.2 物理表征
        2.2.1 场发射显微镜(FESEM)
        2.2.2 X射线衍射仪(XRD)
        2.2.3 X射线光电子能谱分析仪(XPS)
        2.2.4 紫外-可见分光光度计(UV-vis)
    2.3 电化学表征
        2.3.1 线性扫描伏安法(LSV)
        2.3.2 电化学活性面积分析
        2.3.3 瞬态电流法(J-t)
        2.3.4 电化学交流阻抗法(EIS)
        2.3.5 光电转化效率(IPCE)
        2.3.6 莫特-肖特基曲线(M-S)
        2.3.7 应用偏差光电转化效率(ABPE)
        2.3.8 光强度调制光电流光谱(IMPS)
        2.3.9 空穴注入/电子分离效率
    2.4 光阳极材料制备方法
        2.4.1 电化学沉积法
        2.4.2 水热合成法
        2.4.3 化学浴沉积法
        2.4.4 浸渍法
第3章 Ti掺杂增强α-Fe₂O₃光阳极光电解水性能增强机理的研究
    3.1 引言
    3.2 Fe₂O₃光阳极和Ti:Fe₂O₃光阳极的制备
        3.2.1 FTO玻璃的预处理
        3.2.2 Fe₂O₃光阳极的制备
        3.2.3 Ti:Fe₂O₃光阳极的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Ti:Fe₂O₃光阳极的微观形貌和晶体结构
        3.3.2 Ti:Fe₂O₃电极光电化学行为分析
    3.4 机理讨论
        3.4.1 Ti掺杂增强α-Fe₂O₃光阳极的机理
    3.5 本章小结
第4章 通过Co-B修饰改善α-Fe₂O₃光阳极的光电解水性能
    4.1 引言
    4.2 Ti:Fe₂O₃-Co-B及对比光阳极的制备与表征
        4.2.1 Ti:Fe₂O₃光阳极的制备
        4.2.2 Ti:Fe₂O₃-CoOx光阳极的制备
        4.2.3 Ti:Fe₂O₃-NaBH₄光阳极的制备
        4.2.4 Ti:Fe₂O₃-Co-B光阳极的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Ti:Fe₂O₃-Co-B光阳极形貌
        4.3.2 Ti:Fe₂O₃-Co-B光阳极的光电化学解水行为
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间完成的论文及成果



本文编号：4038166