Au修饰氧化物的合成及光电化学分解水性能研讨.pdf

摘要 光电化学光解水制氢是一种利用太阳能和可再生的水资源制得清洁能源的最具吸 引力的研究之一。光电化学电池(PEC)是一种利用感光性半导体和电解液将太阳能直 接转化为化学能储存起来的光电化学器件，它具有制备工艺简单、环境友好、成本低廉 等优点。光电极材料的组成和构造影响对入射光的吸收和应用效率，影响电子的传输和 收集效率，光电极的性能在一定程度上决定了整个电池的光电化学性能，所以提高光电 极的光电化学性质是提高PEC光转换效率的关键因素。贵金属的表面等离子体共振 (SPR)效应，可以扩大对入射光响应范围、增强对入射光的吸收、增大光生电子在光 电极中传输速率、延长电子寿命、抑制光生电子一空穴的复合。本文通过水热法和化学 浴法合成W03和ZnO薄膜作为光阳极材料，用Au纳米颗粒对其修饰，利用Au纳米颗 粒的SPR效应，提高对可见光的吸收并且抑制光生电子一空穴对的复合，提高光电化学 析氢能力。本文主要研究内容如F： (1)通过水热法合成大小约100nm的W03纳米颗粒，刮涂法涂到FTO导电基板 到W03光阳极表面，以滴加次数控制W03表面Au的原子分数。实验结果表明，当Au V 的含量达到O．32 VS at％时，W03．10Au光阳极在参比电压1．0Ag／AgCl时，光电流密 mA·cm之)的3．7倍。Au修饰光阳极由 度达到0．44mAtcm‘2是裸露的W03光阳极(O．12 于Au纳米颗粒的表面等离子体共振效应，提高对可见光的吸收，增大载流子密度，提 高电子传输速率，这些因素都利于提高光电化学性质。 (2)利用一步水热法在FTO导电玻璃上生长W03纳米棒阵列，并研究醇和水的 体积比对W03薄膜形貌的影响，实验表明水利于生成棒状的W03，乙醇利于W03直接 oC时得到的W03 生长在FTO导电玻璃表面上，醇水体积比为5：5、煅烧温度为500 纳米棒阵列光电性能最好。利用光还原的方法在W03纳米棒表面修饰不同量的Au纳米 颗粒，以Au／W03．2的光电流密度最大(1．24mA·cm之在1．0V V mA·cm。2在1．0VS 电极的光电流密度(0，726 Ag／AgCl)高出71％。这主要是由于Au 的SPR共振效应有利于扩大光的吸收范围，增强对光的吸收强度，提高电子传输效率， 促进光生电荷的分离，提高光电转换效率。同时由J．Au的SPR效应降低费米能级，更 V时既有光 加有利于氧化反应进行，Au修饰的光阳极在参比电极Ag／AgCI下电压为0 Vw 电响应，而W03在十0．4 平带电位证明了这一结论。 能及稳定性的影响。测试结果表明：Au负载量从0at％增加到2．6at％，ZNRA25光阳 mA·cm之(1．0Vw 极的光电流密度达到0．24 Ag／AgCI)是裸露的ZNR光电极的光电流密 度(0．065 复合中心，促进光生电子．空穴对复合，导致光电性能下降。另外，由于Au的耐光性， Au负载量越多光阳极的光稳定性越高。 关键词：三氧化钨，氧化锌，Au纳米颗粒，光电化学性质，表面等离子体共振 ABSTRACT as routesinviewofthe Solarinducedwater hasbeen oneofthemostattractive splitting regarded abundantandrenewablenatureofsolarandwaterresources．Photoelectroche