半導體氧化物(ZnO、ZnFe2O4、α-Fe2O3)光陽極的電化學制備及其光電化學性能研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益嚴重，人們紛紛嘗試尋找各種能替代石油、煤等傳統(tǒng)能源和解決環(huán)境問題的新方法，而太陽能作為一種清潔無污染、儲量豐富、取之不盡用之不竭的能源，將會對人類社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展起到至關重要的作用。為滿足目前人類的能源需求，太陽能的光電轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換效率將會是太陽能轉(zhuǎn)換為電能的重要技術所在。
　　本文主要以陰極電沉積的方法制備出了ZnO、ZnFe2O4和α-Fe2O3三種n型半導體光陽極薄膜材料

2、，并對它們的結構、形貌、光電化學性能等方面進行了一系列的表征與研究。本論文研究分為三部分:
　　(1)脈沖電沉積法制備片狀ZnO及其光電化學性能研究。以硝酸鋅為前驅(qū)體液，考察了在前驅(qū)液中添加不同含量的Ca2+離子對脈沖電沉積制備的ZnO納米結構的取向、形貌和光電化學性能的影響。X射線粉末衍射儀(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)結果表明，Ca2+通過面選擇性靜電吸附在氧化鋅帶負電的(002)晶面上，抑制了該晶面的生長，

3、使得氧化鋅納米六方柱的縱橫比降低，從而形成了多孔片狀ZnO納米結構。電子能譜(EDS)、紫外可見吸收光譜（UV-Vis）和熒光光譜(PL)結果表明Ca2+并沒有摻雜到氧化鋅晶格中去，驗證了面選擇性靜電吸附這一機理。光電化學性能和電化學阻抗譜測試表明由多孔片狀ZnO納米結構組成的光陽極具有更好的光電化學響應性能和界面電子轉(zhuǎn)移效率。
　　(2)尖晶石ZnFe2O4的電沉積制備及其光電化學性能的研究。以87mMFe3+，30mMZn2+

4、與100mM三乙醇胺的絡合強堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電位陰極還原電沉積法在ITO導電玻璃上沉積了一層褐色的ZnFe2O4薄膜電極，將實驗制備所得薄膜電極分別于Ar氛圍和O2氛圍中在500℃下煅燒3h，后對煅燒后的樣品進行XRD、SEM、Raman、UV-Vis、XPS的表征與光電性能的測試，結構與形貌的表征結果表明，Ar氛圍與O2氛圍中煅燒后的ZnFe2O4樣品均為正尖晶石八面體結構，然而Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣

5、品相較于O2下煅燒的樣品和煅燒前的樣品，其顯示了良好的光電化學性能，由于XPS結果表明Ar氛圍下煅燒的樣品含有一定量的C元素（三乙醇胺碳化），我們推斷Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣品中合有的C元素加強了樣品內(nèi)部光生電子的遷移速率，使電子能順利的跑出樣品表面到達對電極，形成電流回路。
　　(3)α-Fe2O3的電沉積制備及其光電化學性能的研究。以87mMFe3+與100mM三乙醇胺的絡合強堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電