一維TiO2和α-Fe2O3的光電化學(xué)性能研究.pdf

1、二十一世紀(jì)的重大課題是資源、環(huán)境、人口和人類社會的可持續(xù)發(fā)展，也是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和能源大量消耗的時代。能源危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一大難題，人類所使用的石油、天然氣和煤炭三大傳統(tǒng)化石燃料，雖然可以滿足人類對能源的大量需求，但是這些傳統(tǒng)燃料的資源使用是和溫室效應(yīng)，酸雨，環(huán)境惡化緊密聯(lián)系在一起的，并且這些化石燃料是不可再生資源，會被全部消耗完，因此，如何解決這些問題，尋找新型的綠色清潔可持續(xù)的替代能源，對人類來說是一項義不容辭的責(zé)任同時也是一個

2、巨大的挑戰(zhàn)。三大化石燃料都是在太陽能的作用下生成的，因而，太陽能的開發(fā)與利用便成為能源探索的重中之重。由于氫氣等能源在一些方面具有明顯的優(yōu)勢，所以如何有效的把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用獲得的電能分解水來產(chǎn)生氫氣(即光解水制氫)就成為了現(xiàn)在的研究熱點。
　　自從1972年Fujishima和Honda使用二氧化鈦作為光催化劑以來，光電化學(xué)分解水已被認(rèn)為是將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的最有前景的方法之一。因此制備具有高化學(xué)活性的光解水催化劑材料，具

3、有非常深遠(yuǎn)的意義。TiO2和α-Fe2O3因其成本低、高的光化學(xué)性能作為良好的半導(dǎo)體催化劑而受到特別關(guān)注。
　　本論文主要從以下三個方面進(jìn)行探究，具體內(nèi)容為：
　　(1) P摻雜銳鈦礦型TiO2薄膜的制備：以濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.5％-38%)、濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)和鈦酸四丁酯為原料，采用水熱法在有TiO2種子層的FTO薄膜上合成了有方向性生長的銳鈦礦相TiO2納米線薄膜。并以次亞磷酸鈉作為磷源，N2作為保護(hù)氣體，300

4、℃退火1 h，制備了P摻雜的銳鈦礦TiO2納米線樣品。通過SEM、XRD、UV-vis、IPCE、UPS、I-V、Voc decay、IMPS等對樣品進(jìn)行了表征，摻雜后的TiO2納米線薄膜的光電流密度達(dá)到了0.4mA·cm-2(0.2 V vs SCE)，是未摻雜之前的2倍多。
　　(2) P摻雜金紅石型TiO2薄膜的制備：去離子水和鹽酸體積比為1:1加入500 uL鈦酸四丁酯，采用水熱法制備金紅石相 TiO2納米線薄膜。以次亞磷

5、酸鈉作為磷源，N2作為保護(hù)氣體。低溫煅燒處理制備出了P摻雜的金紅石相TiO2。通過SEM、XRD、UV-vis、IPCE、UPS、I-V、Voc decay、IMPS等對樣品進(jìn)行了表征，在對所制備的樣品進(jìn)行光催化性能表征后發(fā)現(xiàn)P摻雜的金紅石相TiO2具有更好的光電催化活性。通過光電流測試，金紅石相TiO2納米線薄膜樣品的光電流達(dá)到0.09mA·cm-2(0.2 V vs SCE)，經(jīng)過摻雜改性以后，它的光電流可以達(dá)到1.8mA·cm-2

6、(0.2 V vs SCE)。
　　(3)α-Fe2O3納米管的制備：在雙電極系統(tǒng)中，純鐵片作為陽極，鉑片作為對電極通過陽極氧化法制備α-Fe2O3納米管，電解質(zhì)是EG+x wt%NH4F+y vol%DI組成的。通過SEM對樣品進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品形貌是由陽極氧化溶液的溫度和NH4F的濃度決定的，也受陽極氧化的電壓和氧化時間的影響。最后，部分α-Fe2O3樣品在AM1.5G，光強(qiáng)為100 mW/cm2的照射條件下進(jìn)行了光電