半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的制備和光電化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、光電化學(xué)電池利用太陽(yáng)能制氫，為解決能源和環(huán)境問(wèn)題提供了可行途徑，但仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。目前絕大多數(shù)單一無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料如TiO2,α-Fe2O3，Si等，由于諸如太陽(yáng)光吸收率低，光量子產(chǎn)率低，能級(jí)不匹配，載流子復(fù)合嚴(yán)重等問(wèn)題，使得其光解水產(chǎn)氫效率很低。異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合材料可以綜合兩種或多種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效提高載流子的分離效率，加速載流子的傳輸，從而提高光催化效率?；谏鲜鲈韱?wèn)題和原理，本論文主要利用 ZnIn2S4和α

2、-Fe2O3設(shè)計(jì)并合成了四種異質(zhì)結(jié)，并詳細(xì)研究了其光電化學(xué)性能和工作機(jī)制：
　?。?）ZnIn2S4/TiO2：水熱法合成 TiO2納米棒陣列，再在 TiO2納米棒上水熱生長(zhǎng)出ZnIn2S4納米片。這種2D/1D異質(zhì)結(jié)增大了比表面積和可見(jiàn)光響應(yīng)，加速電荷的傳輸，光電流與TiO2納米棒相比提高了2倍。
　?。?）ZnIn2S4/TiO2/Si：通過(guò)金屬輔助刻蝕法在n型Si片上制備Si納米線，再利用原子層沉積技術(shù)沉積薄層TiO2

3、于Si納米線上作為保護(hù)層，最后通過(guò)水熱法生長(zhǎng)出ZnIn2S4納米片。這種多元異質(zhì)結(jié)增大了反應(yīng)的比表面積，能夠加速電荷的分離和傳輸。其最大光轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了0.51％，與Si納米線相比提高了64倍。
　　（3）ZnFe2O4/α-Fe2O3：水熱法合成Fe2O3納米棒，然后利用原子層沉積技術(shù)沉積ZnO與α-Fe2O3上，通過(guò)后退火方法得到ZnFe2O4。ZnFe2O4/α-Fe2O3為典型的type-II型異質(zhì)結(jié)，可以有效分離光生電子

4、-空穴對(duì)，使得Fe2O3的光電流從0.03 mA cm-2提高到了0.29 mA cm-2。
　?。?）Ni(OH)2/α-Fe2O3：利用原子層沉積技術(shù)在FTO導(dǎo)電玻璃上沉積超薄α-Fe2O3膜，然后水熱法生長(zhǎng)超薄 Ni(OH)2納米片。Ni(OH)2則作為析氧反應(yīng)助催化劑，提高了系統(tǒng)反應(yīng)動(dòng)力，進(jìn)而降低過(guò)電勢(shì)，使得起始電勢(shì)向負(fù)移動(dòng)了400 mV，光電流從0.21 mA cm-2提高到了0.37 mA cm-2。
　　本論文