Ni-Co-P合金修饰p-Si电极的制备和其光电析氢性能研究.pdfVIP

2005年11月 第六届全国氢能学术会议文集 上海 Ni—Co—P合金修饰p．Si电极的制备及其光电析氢性能研究 李贺，姚素薇+，张卫国，王宏智 (天津大学化工学院应用化学系，天津300072) l前言 随着全球环境污染的进一步加剧，人类赖以生存的矿物能源石油、天然气和煤等曰益减少，氢能作为 光电极可分解水以来【1】，有关太阳能光解水制氢的研究工作逐渐展开。目前，国内外对金属氧化物如TiO， (Eg=3．2eV)等半导体研究很多【2。3】，但Ti02只对紫外光显示活性，太阳能利用率很低，需要进行敏化或 掺杂，而单晶硅(Eg=1．12eV)能吸收可见光，是一种光电转化效率很高的半导体材料【41。同时Ni．Co．P 非晶态合金具有良好的耐蚀性、耐磨性和很高的催化析氢活性，而且工艺简易。如将两者结合，制备Ni．Co．P 合金修饰si电极，可大大提高电极的太阳能利用率和催化析氢活性。本文通过电沉积技术，在P型半导体 si上沉积了非晶态Ni—Co—P合金，制备出Ni—co．P合金修饰p．si电极，并对其光电催化析氢性能进行了研 究。 2实验部分 120 用去离子水冲洗后，电沉积Ni．Co．P非晶态合金。镀液组成为：NiS04．6H20g／L，COS047H2020叽， 25 NaH2P02H20gm，柠檬酸30 mA／cm2。电极的物相 gm。镀液温度为60℃，pH为4．0，电流密度为50 分析采用PANALYTICAL公司生产的X’PertPro型x射线粉末衍射仪(Ⅺm)测定，Co靶KQ辐射。采 电催化析氢性能测试均采用带石英窗口的三电极体系，辅助电极为大面积Pt网，以饱和甘汞电极作为参比 M 电极，采用天津大学研制的“联机电化学测试系统”控制TD3690型恒电位仪，测试电极在O．5 H2S04 溶液中的阴极极化曲线，模拟光源采用500W碘钨灯。 3结果与讨论 3．1光电催化析氢性能测试 将Ni．Co．P合金修饰前后的P型Si电极作研究电极，在0．5mol·L～H2s04溶液中进行阴极极化，极化 mA·cm也 曲线见图1。曲线a、b为P．Si电极、曲线c、d为Ni．Co-P／p．Si电极。从图中可以看出，电流密度为2．5 时，Ni．Co．v／p．Si电极的析氢极化电位比p．Si电极(曲线a)减小约500mV，电极的催化析氢性能得到明 显提高。这主要是由于非晶态Ni．Co-P合金具有良好的催化析氢性能，在半导体si上形成许多析氢反应的 mV(电 活性中心。光照下Ni．Co。P／p．Si电极(曲线d)的析氢极化电位较无光照下(曲线c)又降低约130 流密度为2．5mA·cm。2)，使析氢速度进一步提高。这是因为P型Si在光照下电子发生跃迁，并转移至电极 的Ni．Co．P合金颗粒表面，与吸附在颗粒表面的}壬十结合，从而加速了电极的析氢反应速率，同时也降低了 光生电子与光生空穴的复合几率，Ni．Co．P合金修饰p．Si电极表现出了良好的光电析氢性能。 基金项目：国家自然科学基金、国家教育部博士寰基金项目03．4)． 作者简介：李贺(1978～)，男，辽宁省辽阳县人，天津大学博士研究生．通讯联系人：姚素薇，教授，E—mail：yaosuwei@263．net ．．288，． 2005年11月 第六届全国氢能学术会议文集