WO_3/BiVO_4薄膜光电极构建及光电转化性能

分别用聚合物辅助沉积法和金属有机物分解法制备了WO_3和BiVO_4半导体薄膜电极。利用固体紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗和线性扫描伏安法,对WO_3和BiVO_4半导体薄膜电极的能带结构进行了表征。制备了WO_3/BiVO_4异质结复合光电极,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱,对该复合光电极的断面形貌、晶型结构和物质组成进行了分析。最后,对WO_3/BiVO_4复合光电极的光电转化性能进行了研究。研究结果表明:均为单斜晶型的WO_3和BiVO_4之间形成了膜厚约为450 nm的II型异质结;在施加相对于可逆氢电极1.23 V的电势时,WO_3/BiVO_4光电极的光电流密度可以达到1.926 m A/cm~2,表现出了良好的光电转化性能。     

暴露锐钛矿高能晶面的异质结TiO_2/SrTiO_3光电化学性能研究

通过两步阳极氧化法结合水热法,制备不同水热反应时间条件下的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场发射投射电镜(FE-TEM)表征手段对异质结TiO_2/SrTiO_3材料进行表征,并通过开路电压谱和瞬态光电流图谱分析对异质结光催化材料的光电化学特性进行了研究,同时紫外光下降解罗丹明B(Rh.B)来研究异质结TiO_2/SrTiO_3材料的光电催化活性和耐光腐蚀稳定性.实验研究表明,TiO_2表面发生原位取代形成Sr TiO_3晶体颗粒,并促使TiO_2锐钛矿(004)晶面的趋向生长.水热1~5,h的异质结TiO_2/SrTiO_3纳米管阵列仍具有较好的催化活性.通过光电性能测试,水热反应2,h后的异质结材料表现出最好的光电化学特性.此外,光电催化结果表明,光电催化200,s、水热反应2,h的异质结材料的降解率是纯TiO_2纳米管的1.71倍,且表现出较好的耐光腐蚀稳定性.     

氧化温度对阳极氧化法制备WO_3薄膜光阳极的影响

采用阳极氧化法,以含0.7%(质量分数)NH4F,浓度为1mol/L的(NH4)2SO4溶液为电解质制备WO3薄膜光阳极.研究发现,氧化温度对其结构、形貌和光电化学性能有着重要影响.光电化学性能评价发现,随着氧化温度的升高,光电流呈先减小后增加的趋势.0℃和15℃下制备的WO3薄膜光阳极的光电流密度较大,分别为2.14和1.97mA/cm2(偏压为1.0V(vs饱和甘汞电极).X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,较低温度下制备的WO3薄膜光阳极具有较高的光吸收面积、较窄的孔边界以及较好的光电化学性能.然而当温度升高至15℃时,尽管WO3薄膜光阳极的光吸收面积不大、孔边界较厚,但此时WO3薄膜光阳极具有较高的结晶度,可有效地促进光生电子和空穴的分离,提高光电化学性能.     

W掺杂和电化学表面处理制备高光电化学性能的BiVO_4光阳极（英文）

通过滴涂的方法合成了W掺杂BiVO4光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、扫描电镜(SEM)对BiVO4光阳极进行表征,并对BiVO4光阳极进行了光电化学表征.为了提高W掺杂BiVO4光阳极的光电性能,对W掺杂BiVO4光阳极的制备条件进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高W掺杂BiVO4光阳极的光电化学性能.说明W掺杂和电化学表面处理可以增加BiVO4光阳极光电流.并进行了BiVO4光阳极光电流增加的机理分析.     

黑二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电转化性能

采用阳极氧化法制备了二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列,通过扫描电镜形貌表征对其制备工艺进行了研究。用高温氢化工艺制得黑TiO_2纳米管阵列,分别通过X射线衍射和紫外-可见光谱对其晶相结构和光吸收性能进行了表征。研究了黑TiO_2纳米管阵列的光电转化性能。研究结果表明:在电解液中水的体积分数为5%、阳极氧化电压为30 V和乙醇溶液中超声处理30 min的条件下,制得的TiO_2纳米管阵列规整有序、管壁光滑且管口干净。经高温氢化处理所制得的黑TiO_2纳米管阵列,对可见光的吸收明显增强。黑TiO_2纳米管阵列表现出了良好的光电转化性能,在施加相对于标准氢电极1.23 V的偏压时,其光电流密度可以达到1.258 m A/cm2。     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe2O3光阳极

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe_2O_3光阳极（英文）

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

磷烯硼碳二磷异质结电子输运性质的掺杂调控

利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了有限偏压下扶手椅边缘和锯齿边缘磷烯-硼碳二磷(P-BC_2P)范德瓦尔斯异质结的电子输运性质,以及N型电子/P型空穴掺杂对2种边缘形貌异质结电子输运性质的影响.研究结果表明:(1)有限偏压下,2种边缘形貌P-BC_2P范德瓦尔斯异质结均呈现非线性变化和负微分电阻效应.扶手椅边缘P-BC_2P异质结的电流增长快于扶手椅边缘磷烯纳米带,锯齿边缘P-BC_2P异质结的电流增长慢于锯齿边缘磷烯纳米带.(2)掺杂浓度0.001～0.01 e/atom范围内,N型电子/P型空穴掺杂能有效调控P-BC_2P异质结的电导.相比未掺杂,扶手椅边缘P-BC_2P异质结的电导在P型空穴掺杂时最多增加和最多减少均为20%,在N型电子掺杂时最多减少46.7%;锯齿边缘P-BC_2P异质结的电导在P型空穴掺杂时最多增加196%,在N型电子掺杂时最多增加164%.     

聚噻吩修饰纳米结构TiO2膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了聚噻吩(PTh)膜和纳米结构TiO2/聚噻吩(ITO/TiO2/PTh)复合膜的光电转换性质。结果表明,PTh膜的禁带宽度为2.02eV,价带位置为-5.86 eV,导带位置为-3.84 eV。在ITO/TiO2/PTh复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离,PTh修饰ITO/TiO2电极可使光电流产生波长发生明显红移,从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率。在实验条件下,单色光的光电转换效率最高可达到13%。     

葡萄糖发酵液在双室光电化学池的制氢研究

将酵母接种于葡萄糖培养基中连续发酵,采用高速回转离心机分离酵母得到葡萄糖发酵液,并将其作为以TiO_2纳米管为光阳极的双室光电化学池的阳极电解液,在无任何外加电压条件下制备氢气.通过光催化制氢及光电化学性能测试,系统地研究了葡萄糖发酵液发酵时间对TiO_2纳米管产氢速率、光电压与光电流密度的影响.实验结果表明,TiO_2纳米管的光电化学性能受酵母培养基发酵时间影响,并随着发酵时间的延长而升高,将酵母培养基发酵48h时,TiO_2纳米管产氢速率达到21.3μmol/(cm2·h),比未发酵时增加2.13倍.     

纳米SnO2/TiO2半导体薄膜电极的制备及其光电响应性能

采用化学沉积和电镀的方法在ITO导电玻璃表面制备SnO₂/TiO₂纳米半导体薄膜电极,用SEM,XRD进行了物性表征,并用光电流时间曲线、循环伏安法研究了薄膜电极光电流响应随时间、电压的变化情况。研究结果表明,SnO₂的掺杂有助于TiO₂薄膜表面产生的气孔孔径增大,数量变多。此法可制备具有多孔、粒径小于100nm的纳米SnO₂/TiO₂半导体薄膜电极。与纯纳米TiO₂薄膜电极相比,在光照条件下SnO₂的掺杂使得复合薄膜电极在阳极峰电位下的阳极峰电流的响应程度明显大于纯纳米TiO₂薄膜电极响应程度,有利于提高光生载流子的运输和分离效率,并从机理上阐述了光电流响应的提高归因于不同能级半导体之间的耦合效应。     

MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能

本论文通过超声法制备了形貌均一的MoS2@ZnO异质结光催化材料. 采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱（PL）、光电流密度测试等方法对样品的形貌和结构进行表征. 扫描电镜结果表明,MoS2@ZnO异质结复合材料是由直径约50～100 nm的ZnO纳米球包裹MoS2纳米片组成的. 光致发光光谱（PL）、光电流密度测试结果表明,MoS2(1.0%)@ZnO异质结能更有效地分离光生电子和空穴对,使得它们的复合机率降低,提高其光催化效率. 以初始质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝(MB)为模拟废水,研究纯ZnO纳米球和MoS2纳米片质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO异质结复合材料在250 W Xe灯下的光催化活性,研究结果表明 MoS2(1.0%)@ZnO 异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率相比纯ZnO纳米球提高了15.2%. 并且经3次循环实验后,MoS2(1.0%)@ZnO异质结材料的光催化性基本不受影响,说明了MoS2(1.0%)@ZnO 异质结光催化材料的稳定性.     

太阳光响应的CdS/TiO_2-NTAs复合材料的构筑及其光电性能

采用阳极氧化法在纯钛片上制备出TiO_2-纳米管阵列(NTAs),用乙二醇溶剂热沉积法在TiO_2-NTAs上负载CdS纳米颗粒.利用XRD、SEM、TEM和UV-Vis漫反射光谱对样品的晶体结构、微观形貌和光学性质进行表征.在不同波长条件下,研究了焙烧温度和CdS负载量对样品的光电流密度影响.结果表明,CdS纳米颗粒已沉积到TiO_2-NTAs内外,所制备的CdS/TiO_2-NTAs样品光吸收带边扩展到了可见光区.在全光谱和可见光谱条件下,CdS的修饰大幅度提高了TiO_2-NTAs光电流密度.当Cd2+浓度为0.005mol/L时,在全光谱照射条件下获得的CdS/TiO_2-NTAs样品光电流密度最大为1.41m A/cm2.     

ITO/TiO2/PTh/N719复合电极的光电化学研究

以PTh和N719敏化TiO2得到了ITO/TiO2、ITO/TiO2/PTh、ITO/TiO2/PTh/N719太阳能电池光阳极,表征了各电极的光谱特性和光电性能。DRS分析表明,TiO2/PTh的吸收限在605nm处,带隙能为2.05eV。ITO/TiO2/PTh/N719复合电极的光电转换效率为6.2%。复合敏化电极中PTh与TiO2之间形成的p-n异质结能够减少光生电子-空穴的反向复合,提高光电转换效率。     

n-TiO_2多晶薄膜光阳极的掺杂研究

研究了多晶薄膜 n—TiO_2光阳极通过掺杂以扩展其在可见光区的光谱响应。分别掺入的多种非稀土元素均能扩展其光谱响应,与稀土元素一同掺入可同时增加光阳极在紫外区的量子效率。对掺杂 TiO_2光阳极光电化学性能的研究表明,光谱响应的扩展与其禁带宽度的减小有关。     

二维磁性NbSi2N4-WSi2N4-NbSi2N4异质结的光生电流效应

采用量子输运方法研究了二维(2D)磁性NbSi₂N₄-WSi₂N₄-NbSi₂N₄面内异质结的光生电流效应.该异质结具有C2v非空间反演对称性,在可见光范围内,用线偏光垂直及倾斜照射时,均能激发显著的光生电流效应,产生自旋极化且偏振敏感的光电流.光电流与偏振角(θ)和入射角(α)均为余弦依赖(cos(2θ),cos(2α))关系.两种照射方式下均能产生纯自旋流及完全自旋极化的光电流.在垂直照射时,能取得完美的自旋阀效应.这些结果表明,二维磁性NbSi₂N₄-WSi₂N₄-NbSi₂N₄异质结在低能耗自旋电子学及低维光电探测领域具有应用潜力.     

混合微波退火改性Cd2SnO4光阳极用于光电催化水氧化性能的研究

首次采用混合微波退火法制备了改性Cd₂SnO₄光阳极,有效地提高了Cd₂SnO₄光阳极的光电催化水氧化性能。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、拉曼光谱(Raman spectroscopy, Raman)、比表面积分析仪(Brunauer-Emmett-Teller surface area, BET)和稳态荧光光谱仪(photoluminescence spectroscopy, PL)等对混合微波退火改性前后的Cd₂SnO₄光阳极的表面形貌、晶体结构和组成进行了表征。性能测试结果表明,在1.70 V可逆氢电极(reversible hydrogen electrode, RHE)电压下,混合微波退火改性的Cd₂SnO₄光阳极光电流密度为12 μA/cm²,与传统热烧结制备的Cd₂SnO₄光阳极相比,其性能提升了3倍。根据电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectra, EIS)和PL光谱测试结果可知,改性的Cd₂SnO₄光阳极的光电催化水氧化性能的提升可以归因于多孔结构导致的光生电子空穴分离速率的提升。     

氨化改性Sr2Ta2O7/SrTa4O11光催化剂用于光电催化性能研究

以钽酸锶同素异质结Sr₂Ta₂O₇/SrTa₄O₁₁（STO）为原始材料,采用高温氨化法对原始材料做氮掺杂改性处理,得到了新型氮掺杂钽酸锶同素异质结材料Sr₂Ta₂O_7-xN_x/SrTa₄O_11-xN_x(STO-N),并对其光电催化性能进行研究。结果显示,对比改性前的STO,STO-N具有更强的可见光吸收能力。紫外可见漫反射光谱证明,氮掺杂使得STO的吸收阈值从319 nm红移到485 nm,相应的带隙由3.97 eV减小到2.51 eV,这主要是由于N 2p和O 2p轨道的混合作用导致价带顶部上移。性能测试结果表明：STO-N₂₀的光电催化性能提升最为显著,在施加0.7 V偏压下,STO-N₂₀电极测得的光电流密度达到了570 nA/cm²,是STO电极的光电流密度（8.6 nA/cm²）的66倍。根据推算出的STO及STO-N₂₀的能带结构可知,STO-N₂₀性能提升的原因是禁带宽度变窄。     

CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列的制备及其光电和光催化性能

CdSe是一种具有可见光响应的半导体材料,利用CdSe对TiO_2进行敏化有望使复合材料具有可见光吸收,有效促进光生电荷的分离.采用水热法在掺杂F的SnO2(FTO)导电玻璃表面制备金红石TiO_2纳米棒阵列,再采用连续离子层吸附反应法在TiO_2纳米棒阵列表面复合CdSe纳米颗粒,制得CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列,并对其进行了表征.实验结果表明,CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列在可见光区有较强的光吸收,其光电流密度是TiO_2纳米棒阵列的10倍,对亚甲基蓝的可见光催化降解速率较亚甲基蓝的自降解和TiO_2纳米棒阵列分别提高了85%和75%.     

油溶性及水溶性碳量子点敏化太阳能电池性能

以纯柠檬酸为碳源,分别使用十六胺(HAD)和4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺作为碳量子点表面钝化剂,采用一步合成法合成油溶性及水溶性2种碳量子点,以此为染料制备出染料敏化太阳能电池,研究了其光电性能和电化学阻抗谱.该电池采用光阳极-电解质-光阴极(对电极)结构.光阳极采用TiO2纳米颗粒多孔薄膜结构,电解质为常用I-/I3-电解质体系,光阴极为Pt薄膜电极.测试结果表明:在AM 1.5G标准太阳光照下,油溶性碳量子点敏化太阳能电池的短路光电流为0.515 mA/cm2,开路光电压为0.461 V,填充因子为63.17%,转化效率为0.15%;水溶性碳量子点敏化太阳能电池的短路光电流为0.598 mA/cm2,开路光电压为0.549 V,填充因子为65.59%,转化效率为0.22%.数值均优于已报道的文献.