氧化亞銅光電極的制備、表面修飾和光電化學(xué)性能研究.pdf

1、確定并建立一個可持續(xù)的能源系統(tǒng)是當(dāng)今社會必須解決的關(guān)鍵問題。而其中，尋找合適的新能源是當(dāng)下所需要面對的問題。氫能由于具有豐富且廉價的原料，便于儲存和運輸，對環(huán)境無污染等特點而被普遍認為是最好的清潔能源。通過光電催化分解水的方法，利用免費且無限的太陽制氫被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ闹茪浞椒?。氧化亞銅是重要的p-型半導(dǎo)體氧化物，具有合適的禁帶寬度（2.0 eV）保證了有效的可見光吸收，以及-0.7eV的導(dǎo)帶位置(相對標(biāo)準(zhǔn)氫電極)使其能夠光解水制氫

2、，并且銅作為氧化亞銅的來源，大量存在于地殼中，因此氧化亞銅被認為是最有潛力的光解水制氫的光電極材料之一。然而氧化亞銅在光電化學(xué)分解水的應(yīng)用中有兩個主要的缺陷：載流子擴散長度較短且容易發(fā)生光腐蝕?，F(xiàn)有的研究中，通過改變氧化亞銅的納米結(jié)構(gòu)，在氧化亞銅表面修飾保護層以及助催化劑等方法很好的提高了氧化亞銅的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。本文的工作內(nèi)容主要包括以下兩個方面：
　　1利用陽極氧化的方法，通過優(yōu)化條件，在10 mA/cm2電流密度下，制

3、備了氫氧化銅納米線，再經(jīng)過550℃氮氣環(huán)境下高溫煅燒得到氧化亞銅納米線。為了提高氧化亞銅的穩(wěn)定性與光電化學(xué)活性，在氧化亞銅表面分別利用葡萄糖和醋酸鎳為前軀體，先后修飾了碳層(550℃，氮氣環(huán)境下煅燒)和氧化鎳層（200℃，空氣環(huán)境下煅燒）。通過電化學(xué)測試考察其光電化學(xué)活性，分析對比了不同葡萄糖濃度和醋酸鎳濃度對光電極的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)葡萄糖濃度為3 mg/mL時，修飾的碳層顯著提高了氧化亞銅光電極的光電化學(xué)活性和

4、穩(wěn)定性；當(dāng)醋酸鎳濃度為0.2mg/m L時，氧化鎳層修飾的光電極的光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性進一步提高；碳層和氧化鎳復(fù)合修飾時，比碳層或鎳層單獨修飾時產(chǎn)生了更大的光電流，即產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。
　　2用電鍍的方法，在有機溶劑 N-甲基甲酰胺中，以金屬鎳鹽為原料，將金屬鎳沉積在氧化亞銅光電極表面作為助催化劑。利用光電化學(xué)測試，探究了不同的沉積電流密度和沉積時間對光電極的光電性能的影響。發(fā)現(xiàn)，在10 mA/cm2的電流密度下沉積10s時，光電極的