納米線陣列的寬光譜修飾及其多帶隙制氫.pdf

1、近年來，越來越多的人開始研究新型的太陽能轉(zhuǎn)換設(shè)備，納米材料和納米結(jié)構(gòu)的引入對其性能的提高展現(xiàn)了至關(guān)重要的作用。許多一維納米結(jié)構(gòu)被用于光伏器件的制備，這些結(jié)構(gòu)中最為常見的有納米線和納米管。這是因?yàn)樗鼈兝硐氲膸缀谓Y(jié)構(gòu)能夠?yàn)殡娮拥妮斶\(yùn)提供直接通道。相比于薄膜材料，一維納米材料在可以光光譜范圍內(nèi)對光有更低的反射率，因而具有更優(yōu)良的光吸收特性。ZnO納米線陣列因其溫和的合成方法和優(yōu)越的光學(xué)性質(zhì)被大量用于光伏器件。然而，ZnO的帶隙比較大(室溫下

2、E=3.37eV)，不能夠有效的吸收和利用太陽光可見光區(qū)域的能量。為了通過可見光激發(fā)生成更多的電子-空穴對，很多研究將窄帶隙的材料負(fù)載在ZnO納米線上，在這些敏化材料中，CdS和CdSe是最常用的兩種可見光敏化半導(dǎo)體。在本文中，我們主要以 ZnO和TiO2/ZnO納米線陣列為基礎(chǔ)，通過具有不同帶隙的硫?qū)倩衔?如 ZnSe,CdS和 CdSe)將其多重敏化，以提高復(fù)合電極材料可見光區(qū)的光吸收能力，最后達(dá)到促進(jìn)其光電化學(xué)制氫性能的效果。論

3、文的主要內(nèi)容如下：
　　1.首先，我們使用水熱法、離子交換方法以及連續(xù)的化學(xué)浴沉積方法在FTO導(dǎo)電玻璃基底上合成ZnSe/CdS/CdSe三重敏化的ZnO納米線陣列結(jié)構(gòu)用于多帶隙制氫。離子交換方法和化學(xué)浴沉積方法能夠很好地控制敏化層的厚度，這些敏化層的厚度將直接影響所合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可見光吸收能力以及它們的光電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過 ZnO納米線陣列和各敏化層之間的協(xié)同光吸收作用以及它們之間連續(xù)階梯式 type-Ⅱ型能帶結(jié)構(gòu)排列，

4、我們制備出來的ZnO@ZnSe/CdS/CdSe復(fù)合陣列光電極的光電化學(xué)制氫性能相對簡單的ZnO納米線陣列以及其它復(fù)合光電極（如：ZnO@ZnSe和 ZnO@ZnSe/CdS）有不同程度的提高。當(dāng)測試偏壓為0V時(shí)(vs.Ag/AlCl)，ZnO@ZnSe/CdS/CdSe納米線陣列光電極的飽和光電流密度達(dá)到5.3 mA/cm2，遠(yuǎn)大于 ZnO@ZnSe(1.1 mA/cm2)和ZnO@ZnSe/CdS(2.6 mA/cm2)納米線陣列光

5、電極的電流密度，是純ZnO納米線陣列光電極電流密度大小的12倍。
　　2.另外，在FTO導(dǎo)電玻璃上合成CdS/CdSe共敏化的疊層 TiO2/ZnO納米線陣列，并用于光電化學(xué)制氫。具體過程是，先在FTO上通過水熱法生長TiO2納米線陣列，隨后以其為基底再生長一層 ZnO納米線陣列。為了進(jìn)一步提高TiO2/ZnO的可見光吸收能力，我們依次通過窄帶隙的CdS和CdSe量子點(diǎn)將其敏化。光電化學(xué)性能測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測試偏壓為0V時(shí)(vs.