氧化亞銅光電極的制備、表面修飾和光電化學(xué)性能研究.pdf

1、確定并建立一個(gè)可持續(xù)的能源系統(tǒng)是當(dāng)今社會(huì)必須解決的關(guān)鍵問題。而其中，尋找合適的新能源是當(dāng)下所需要面對(duì)的問題。氫能由于具有豐富且廉價(jià)的原料，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)而被普遍認(rèn)為是最好的清潔能源。通過光電催化分解水的方法，利用免費(fèi)且無限的太陽制氫被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ闹茪浞椒?。氧化亞銅是重要的p-型半導(dǎo)體氧化物，具有合適的禁帶寬度（2.0 eV）保證了有效的可見光吸收，以及-0.7eV的導(dǎo)帶位置(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極)使其能夠光解水制氫

2、，并且銅作為氧化亞銅的來源，大量存在于地殼中，因此氧化亞銅被認(rèn)為是最有潛力的光解水制氫的光電極材料之一。然而氧化亞銅在光電化學(xué)分解水的應(yīng)用中有兩個(gè)主要的缺陷：載流子擴(kuò)散長度較短且容易發(fā)生光腐蝕?，F(xiàn)有的研究中，通過改變氧化亞銅的納米結(jié)構(gòu)，在氧化亞銅表面修飾保護(hù)層以及助催化劑等方法很好的提高了氧化亞銅的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。本文的工作內(nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面：
　　1利用陽極氧化的方法，通過優(yōu)化條件，在10 mA/cm2電流密度下，制

3、備了氫氧化銅納米線，再經(jīng)過550℃氮?dú)猸h(huán)境下高溫煅燒得到氧化亞銅納米線。為了提高氧化亞銅的穩(wěn)定性與光電化學(xué)活性，在氧化亞銅表面分別利用葡萄糖和醋酸鎳為前軀體，先后修飾了碳層(550℃，氮?dú)猸h(huán)境下煅燒)和氧化鎳層（200℃，空氣環(huán)境下煅燒）。通過電化學(xué)測試考察其光電化學(xué)活性，分析對(duì)比了不同葡萄糖濃度和醋酸鎳濃度對(duì)光電極的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)葡萄糖濃度為3 mg/mL時(shí)，修飾的碳層顯著提高了氧化亞銅光電極的光電化學(xué)活性和

4、穩(wěn)定性；當(dāng)醋酸鎳濃度為0.2mg/m L時(shí)，氧化鎳層修飾的光電極的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高；碳層和氧化鎳復(fù)合修飾時(shí)，比碳層或鎳層單獨(dú)修飾時(shí)產(chǎn)生了更大的光電流，即產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。
　　2用電鍍的方法，在有機(jī)溶劑 N-甲基甲酰胺中，以金屬鎳鹽為原料，將金屬鎳沉積在氧化亞銅光電極表面作為助催化劑。利用光電化學(xué)測試，探究了不同的沉積電流密度和沉積時(shí)間對(duì)光電極的光電性能的影響。發(fā)現(xiàn)，在10 mA/cm2的電流密度下沉積10s時(shí)，光電極的