半導體氧化物(ZnO、ZnFe2O4、α-Fe2O3)光陽極的電化學制備及其光電化學性能研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益嚴重，人們紛紛嘗試尋找各種能替代石油、煤等傳統(tǒng)能源和解決環(huán)境問題的新方法，而太陽能作為一種清潔無污染、儲量豐富、取之不盡用之不竭的能源，將會對人類社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展起到至關重要的作用。為滿足目前人類的能源需求，太陽能的光電轉換及其轉換效率將會是太陽能轉換為電能的重要技術所在。
　　本文主要以陰極電沉積的方法制備出了ZnO、ZnFe2O4和α-Fe2O3三種n型半導體光陽極薄膜材料

2、，并對它們的結構、形貌、光電化學性能等方面進行了一系列的表征與研究。本論文研究分為三部分:
　　(1)脈沖電沉積法制備片狀ZnO及其光電化學性能研究。以硝酸鋅為前驅(qū)體液，考察了在前驅(qū)液中添加不同含量的Ca2+離子對脈沖電沉積制備的ZnO納米結構的取向、形貌和光電化學性能的影響。X射線粉末衍射儀(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)結果表明，Ca2+通過面選擇性靜電吸附在氧化鋅帶負電的(002)晶面上，抑制了該晶面的生長，

3、使得氧化鋅納米六方柱的縱橫比降低，從而形成了多孔片狀ZnO納米結構。電子能譜(EDS)、紫外可見吸收光譜（UV-Vis）和熒光光譜(PL)結果表明Ca2+并沒有摻雜到氧化鋅晶格中去，驗證了面選擇性靜電吸附這一機理。光電化學性能和電化學阻抗譜測試表明由多孔片狀ZnO納米結構組成的光陽極具有更好的光電化學響應性能和界面電子轉移效率。
　　(2)尖晶石ZnFe2O4的電沉積制備及其光電化學性能的研究。以87mMFe3+，30mMZn2+

4、與100mM三乙醇胺的絡合強堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電位陰極還原電沉積法在ITO導電玻璃上沉積了一層褐色的ZnFe2O4薄膜電極，將實驗制備所得薄膜電極分別于Ar氛圍和O2氛圍中在500℃下煅燒3h，后對煅燒后的樣品進行XRD、SEM、Raman、UV-Vis、XPS的表征與光電性能的測試，結構與形貌的表征結果表明，Ar氛圍與O2氛圍中煅燒后的ZnFe2O4樣品均為正尖晶石八面體結構，然而Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣

5、品相較于O2下煅燒的樣品和煅燒前的樣品，其顯示了良好的光電化學性能，由于XPS結果表明Ar氛圍下煅燒的樣品含有一定量的C元素（三乙醇胺碳化），我們推斷Ar氛圍下煅燒的ZnFe2O4樣品中合有的C元素加強了樣品內(nèi)部光生電子的遷移速率，使電子能順利的跑出樣品表面到達對電極，形成電流回路。
　　(3)α-Fe2O3的電沉積制備及其光電化學性能的研究。以87mMFe3+與100mM三乙醇胺的絡合強堿性(2MNaOH)溶液為電解液，采用恒電