Ag-Pt雙金屬修飾PbTiO3薄膜及硅光解水光陰極的研究.pdf

1、當(dāng)前，人類社會(huì)的發(fā)展越來越受到環(huán)境承載力和傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量有限的影響，而利用半導(dǎo)體光電極、太陽(yáng)能和水/電解液構(gòu)成的光電化學(xué)電池來制氫被看做是一種清潔、環(huán)境友好的綠色能源產(chǎn)生方法，從而受到重視。以提高光電轉(zhuǎn)換效率為前提，探索新材料、新機(jī)理是目前光電化學(xué)電池光電極的研究重點(diǎn)。鐵電材料具有可翻轉(zhuǎn)的自發(fā)極化，在薄膜中能形成較大的退極化場(chǎng)，從而可以分離光生載流子，使其有可能成為高效的光電極材料。此外，貴金屬納米顆粒具有良好的催化特性，利用其修飾半

2、導(dǎo)體表面而提升光電極的光分解水活性正受到關(guān)注。本文在此背景下開展了以下兩個(gè)工作：
　?。?）雙金屬Ag-Pt催化劑可以顯著地增強(qiáng)沉積在ITO/石英上的鈦酸鉛薄膜光陰極的光電化學(xué)活性。Ag顆粒依附在鈦酸鉛薄膜表面可以用來增強(qiáng)可見光的利用率，這是由于它具有表面等離子體共振效應(yīng)以及Ag與鈦酸鉛之間形成良好的能級(jí)匹配，有利于電子的抽出，但Ag的產(chǎn)氫催化特性沒有Pt好。通過置換反應(yīng)在Ag顆粒表面制得的Ag-Pt顆粒，使得鈦酸鉛薄膜光陰極的光

3、分解水得到增強(qiáng)。在零電壓（相對(duì)于于飽和甘汞電極）和100 mW/cm2 Xe燈照射下，鈦酸鉛光陰極的光電流從60μA/cm2增加到了202μA/cm2。鈦酸鉛薄膜極化后，其光電流進(jìn)一步增加到了234μA/cm2。與此同時(shí)，其光-化學(xué)能能量轉(zhuǎn)化效率從0.06％增加到了0.13%。
　?。?）在第一個(gè)工作的基礎(chǔ)上，我們選取了np+-Si光陰極為研究對(duì)象，首先研究了在有Al2O3鈍化和保護(hù)層下的樣品的光電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其可大大提高樣品的

4、飽和電流以及起始電壓。另外，我們采用電沉積方法在Al2O3/np+-Si樣品表面沉積Ag或Pt金屬納米顆粒，采用置換方法制備Ag-Pt雙金屬納米顆粒，分別對(duì)其進(jìn)行修飾。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沉積Ag、Ag-Pt以及Pt納米顆粒后，樣品的飽和光電流沒有明顯變化，但是起始電壓均有提高。其中，沉積Pt納米顆粒的樣品的起始電壓最大，達(dá)到0.53V相對(duì)于可逆氫電位（RHE）。通過其光電流-電壓曲線我們計(jì)算出了該樣品的光-化學(xué)能能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)7.1%。文中還