半導(dǎo)體光電極的制備、表征及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、本論文是以光電化學(xué)太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體光電極(包括光陽(yáng)極和光陰極)的制備、表征與光電性能研究為主要內(nèi)容，通過(guò)各種測(cè)試技術(shù)和光電化學(xué)研究手段，對(duì)TiO2納米管陣列光陽(yáng)極的制備、形成機(jī)理和有關(guān)光電性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究；另外還對(duì)金屬(合金)/p-Si、Ni-Co/AC和Ni-W-P/TiO2等陰極材料的催化析氫性能進(jìn)行了研究。 采用陽(yáng)極氧化法在鈦片上成功獲得了排列規(guī)則的、垂直導(dǎo)向生長(zhǎng)的TiO2納米管陣列。最佳反應(yīng)工藝條件為：陽(yáng)極氧化電

2、壓20 V，HF電解液濃度1(wt)％，室溫，反應(yīng)時(shí)間控制在30 min。在此條件下制得的TiO2納米管陣列，其管內(nèi)徑約為90 nm，管壁厚約為10 nm，氧化膜厚度約為500 nm。通過(guò)XRD分析和計(jì)算得出，經(jīng)600℃退火處理后，電極結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型與金紅石型的混晶結(jié)構(gòu)。 光電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，TiO2納米管陣列電極具有n型半導(dǎo)體的典型特征。經(jīng)600℃退火處理的納米管電極開(kāi)路電壓最大，電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，所表現(xiàn)出的光電響應(yīng)特性與普

3、通TiO2多孔膜電極基本相似。但TiO2納米管陣列光電極具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。其主要原因是納米管陣列電極獨(dú)特的管狀陣列結(jié)構(gòu)，比多孔膜電極具有更大的孔隙率和比表面積。 采用溶膠-凝膠法制備不同過(guò)渡金屬離子摻雜TiO2納米管光電極，其光電響應(yīng)區(qū)別很大。在電極電位為0.6 V時(shí)，摻雜電極光電性能由大到小的順序依次為：Zn＞Cu＞Ni＞Fe＞Mn。這主要是由摻雜過(guò)渡金屬離子本身的物理化學(xué)性質(zhì)的不同而引起的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，Ea/r值適中

4、、磁矩值越小的ZnOx/TiO2電極體系具有更大的光電化學(xué)性能。 采用化學(xué)沉積和電沉積技術(shù)制備了Pd/p-Si和Ni-Co-P/p-Si納米晶光陰極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光照使其析氫反應(yīng)性能顯著提高，p-Si電極表面納米顆粒的覆蓋度對(duì)其光電催化析氫性能有顯著影響，納米顆粒的表面覆蓋度過(guò)小或過(guò)大均不利于光電催化析氫性能的提高，其存在一個(gè)最佳值。約為35％。 采用復(fù)合電沉積技術(shù)制備了Ni-Co/AC復(fù)合電極材料。測(cè)試表明，Ni-C