銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4)的制備及其光電化學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、太陽能作為取之不盡、用之不竭的綠色可再生能源，是未來人類能源消耗的重要來源之一，利用太陽能制取清潔、廉價(jià)、綠色環(huán)保的氫能將成為最有潛力解決未來能源問題的途徑。越來越多的研究者開始關(guān)注利用太陽能光電催化分解水制氫的技術(shù)，而尋找合適的半導(dǎo)體材料制各化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的光電極是該技術(shù)關(guān)鍵所在。
　　新型半導(dǎo)體材料銅鋅錫硫(Cu2ZnSnS4，CZTS)是一種具有很大潛力的光電化學(xué)電池光陰極產(chǎn)氫材料。CZTS擁有一些特征的光學(xué)性質(zhì)，禁帶寬度1.

2、5 eV，與半導(dǎo)體太陽能電池所要求的最佳禁帶寬度十分接近，吸收系數(shù)較高，大于104 cm-1，因此它也是一種具有很大潛力的太陽能電池吸收層材料。此外，CZTS組成元素儲(chǔ)量豐富，無毒，對環(huán)境污染小。
　　為了避免真空設(shè)備制備的高成本問題，我們選用了一步電化學(xué)沉積法和溶膠凝膠法嘗試制備銅鋅錫硫薄膜。結(jié)果顯示利用溶膠凝膠法在2種基底（FTO玻璃、鉬片）上成功地制備出了銅鋅錫硫薄膜。通過還原硝酸銪和還原水的反應(yīng)，比較了這2種不同基底上生長

3、的銅鋅錫硫薄膜的光電化學(xué)活性。
　　MoS2是一種類石墨烯層狀的半導(dǎo)體材料，其層狀薄片的邊緣具有催化活性的點(diǎn)，能充當(dāng)還原水制氫反應(yīng)中的催化劑。在過去二十幾年里，這種類石墨烯結(jié)構(gòu)的MoS2材料由于在催化、儲(chǔ)氫材料、鋰離子電極材料等方面的潛在應(yīng)用而受到關(guān)注。我們初步探討了MoS2在還原水制氫反應(yīng)中的催化活性。
　　本論文主要工作包括以下幾個(gè)部分:
　　1、銅鋅錫硫薄膜的制備與表征
　　(1)嘗試使用一步電沉積方法在F

4、TO玻璃上恒電位沉積銅鋅錫硫，使用XRD、XPS測試手段對所制得材料的結(jié)構(gòu)、成分進(jìn)行分析。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)難以在同一電位下同時(shí)將四種元素大量沉積到基底上。
　　(2)利用溶膠凝膠法在2種基底（FTO玻璃、鉬片）上成功的制備出銅鋅錫硫薄膜，并使用XRD、Raman、FE-SEM、EDX、ICP、紫外等測試手段對其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、組成成分、光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，測試結(jié)果均與相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)吻合。
　　2、銅鋅錫硫薄膜的光電化學(xué)性質(zhì)研究

5、>　　(1)利用化學(xué)沉積法和光電化學(xué)沉積法分別在銅鋅錫硫薄膜的表面修飾一層硫化鎘和鉑，研究比較了硫化鎘和鉑修飾對銅鋅錫硫薄膜在硝酸銪還原反應(yīng)中的光電化學(xué)活性的影響。
　　(2)使用兩種不同的修飾電極Pt/CdS/CZTS/Mo和Pt/CdS/CZTS/FTO在不同pH的硫酸鈉溶液中進(jìn)行還原水實(shí)驗(yàn)，出氫的起始還原電位均正移，隨著pH的增大，正移的電位越大。Pt/CdS/CZTS/FTO電極在還原水反應(yīng)中起始還原電位更正。