TiO2改性和等離子體處理α--Fe2O3薄膜的光電化學(xué)性質(zhì).pdf

1、光電化學(xué)制氫技術(shù)利用吸收能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光將水分解為氫氣和氧氣，是轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)太陽(yáng)能的最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。帶隙在2.1 eV左右的α-Fe2O3因具有和太陽(yáng)光譜較好的匹配、適當(dāng)?shù)哪軒н吘壩恢?、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及廉價(jià)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注，是當(dāng)前研究的最具希望的光陽(yáng)極材料。但α-Fe2O3在光電化學(xué)應(yīng)用中也存在光生載流子壽命短、氧化水反應(yīng)的界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)慢等問(wèn)題，研究氧化鐵-溶液界面對(duì)認(rèn)識(shí)水的光氧化過(guò)程、提高氧化鐵

2、量子效率具有重要的科學(xué)意義?；诖?，本論文制備了α-Fe2O3薄膜電極并在其表面沉積不同厚度的TiO2層以及進(jìn)行Ar等離子體表面處理。利用XRD、SEM等手段分析了樣品的成分結(jié)構(gòu)，結(jié)合吸收光譜分析和光電化學(xué)性能測(cè)試研究了界面的光生電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，取得了如下研究結(jié)果:
　　1、TiO2修飾Fe2O3薄膜的物相、吸光度、表面結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯變化，但是其光電化學(xué)性能大幅提高:5 nm TiO2的覆蓋能夠?qū)⑵鹗茧娢唤档?0 mV，并使1.2

3、3 V vs RHE偏壓下的光電流從0.09 mA/cm2提高為0.30 mA/cm2; Sn摻雜的Fe2O3薄膜經(jīng)過(guò)5 nm TiO2的覆蓋，起始電位降低了60 mV，1.23 V vs RHE的光電流提高為0.30 mA/cm2。
　　2、 TiO2薄膜修飾Fe2O3薄膜提升其光電化學(xué)性能的主要原因TiO2可以有效抑制Fe2O3的表面態(tài)密度，減弱表面Fermi能級(jí)的釘扎。但是當(dāng)修飾層過(guò)厚時(shí)，TiO2與Fe2O3的界面位壘阻礙光

4、生空穴向液體的轉(zhuǎn)移。
　　3、Ar等離子體表面處理可以有效地在Sn摻雜Fe2O3薄膜表面引入缺陷，使基底的表面形貌發(fā)生改變，并提高600 nm以上波長(zhǎng)的光的吸收，說(shuō)明表面缺陷能級(jí)位于禁帶內(nèi)部。Ar等離子體表面處理可以大幅提升Sn摻雜的α-Fe2O3薄膜的光電化學(xué)性能。
　　4、Ar等離子體表面處理所帶來(lái)的光電化學(xué)特性的改變?cè)醋杂诒缺砻娣e的增加及表面處理所帶來(lái)的大量表面缺陷，生成的表面態(tài)在樣品表面起到了Fermi能級(jí)釘扎和界面