TiO-,2-、SrTiO-,3--儲氫合金電極的光電化學(xué)與光充電性能.pdf

1、本論文以開發(fā)一種新的可光充電電池為目標(biāo),研究了表面修飾有Pt的二氧化鈦納米粉、直接沉淀法制備的鈦酸鍶粉、水熱法制備的鈦酸薄膜與磁控濺射制備的鈦酸鍶薄膜的光電化學(xué)性能及對貯氫合金的光充電性能.同時研究了他們各自的光充電機理. 光輔助沉積的方式可在納米TiO<,2>表面修飾一些小的鉑納米微粒,其直徑大小為2-8nm,含Pt量為0.5﹪,把載鉑的TiO<,2>粒子修飾的貯氫合金電極的表面制成可光充電TPM電極.TPM電極能夠被光充電,

2、但其能被光充進去的容量衰退很快.當(dāng)把電極重新活化之后,又能被光充電.當(dāng)對TPM電極光充電的同時,對其加以一個小的輔助電流,不僅改善其光充電循環(huán)性能,而且使其放出來的電量大于僅光充與僅電化學(xué)充電的容量之和.其原因為:當(dāng)TPM電極只是被光照射時,貯氫合金表面可被TiO<,2>價帶產(chǎn)生的空穴所氧化,而在表面生成一層金屬氧化物,阻止在貯氫合金表面吸附的氫原子向可金屬內(nèi)部擴散,但當(dāng)電極在光照的同時,輔以一定的電流對其充電,使電極總保持在活化狀態(tài),

3、因而在整個光充電的過程中光都對貯氫合金充電.TPM電極的光充電過程存在兩種機理,即光電催化貯氫機理和光催化貯氫機理,兩種機理都可以較好地解釋實驗結(jié)果. 以直接沉淀法制備的SrTiO<,3>粉末,晶粒為納米級,粒徑大小分布均勻,基本呈球狀,高溫?zé)崽幚硎咕ЯＶg發(fā)生團聚,溫度對鈦酸鍶晶粒長大的影響并不顯著.把納米SrTiO<,3>粉體修飾在貯氫合金表面制成MHS電極.MHS電極具有光充電性能,光充電過程中MHS電極電位能充至-0.7

4、9V(參比電極均為Hg/HgO/6MKOH電極). 以水熱法可在TiNi合金薄膜表面原位生成一層多晶鈦酸鍶薄膜;隨著水熱反應(yīng)的溫度的升高,薄膜的晶粒長大.其光電流隨水熱反應(yīng)的溫度先增加后減小,170℃制備的SrTiO<,3>薄膜的光電流最大,其開路光電壓變化的趨勢與光電流變化相同. 射頻磁控濺射法的SrTiO<,3>薄膜是非晶態(tài)的,隨著后續(xù)的晶化溫度的提高,薄膜的結(jié)晶程度改善,晶粒尺寸長大,但也存在向(110)方向的取向

5、.其表面也變得平滑,晶化溫度大于500℃時,可觀察到明顯的晶界.薄膜的制備和后處理工藝對磁控濺射SrTiO<,3>薄膜的光電性能有較大的影響.其陽極光電流和開路光電壓隨薄膜晶化溫度的升高先增大后減小,500℃晶化的薄膜的光電流、開路光電壓最大.隨著Nb摻雜濃度的增大,在我們的研究范圍內(nèi)(0-2﹪),光電流和開路光電壓都是增大.薄膜厚度對其光電流的影響較為復(fù)雜,不同的電位區(qū)間影響不同,外加電位<-0.71V時,陽極光電流和開路光電壓隨薄膜

6、厚度先增加后減小,厚度為90nm時,陽極光電流最大.外加電位>-0.71V時,陽極光電流隨SrFiO<,3>薄膜厚度的增加而增加. 射頻磁控濺射法制備的摻鈮鈦酸鍶薄膜的光充電性能的影響因素與光電流的影響因素相同,其趨勢也相類似.光照480分鐘后,SNH電極的最終電位及其相應(yīng)的放電時時間隨薄膜的晶化溫度行增加后減少,在500℃時達最大,為-0.893 V,190分鐘.隨著摻雜濃度的提高,相應(yīng)的SNH電極的光充電的最終電位及其放電時