一維有序ZnO納米鉛筆陣列的制備及其光解水制氫性能.pdf

1、太陽能光電化學(xué)池（PEC）分解水制氫做為一種新型的制氫方法，具有清潔安全以及可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)。氧化鋅（ZnO）因其來源廣泛、制備方法簡(jiǎn)易、價(jià)廉無毒，備受關(guān)注。然而，ZnO的禁帶寬度為3.37 eV，其光吸收范圍限制在紫外光區(qū)（僅占地表太陽輻射總能量的3％），除此之外，ZnO的光生電子-空穴對(duì)復(fù)合速率較快，導(dǎo)致 ZnO作為光電陽極材料難以高效利用太陽光，其光電效率較低。
　　一維納米結(jié)構(gòu)的ZnO材料相比于ZnO納米顆粒催化劑具有更優(yōu)

2、良的電荷傳輸性能，而一維有序的ZnO納米鉛筆（ZnO NP）陣列在ZnO納米棒（ZnO NR）陣列的基礎(chǔ)上又擁有更大的比表面積及優(yōu)越的光電催化活性。本論文以 ZnO納米材料為基礎(chǔ)，成功的采用改變形貌及貴金屬納米粒子修飾等手段擴(kuò)展了光響應(yīng)范圍，使其具有優(yōu)越的可見光活性。
　　通過三步液相化學(xué)合成的方法制備了一維有序的ZnO納米鉛筆陣列結(jié)構(gòu)，并將其作為陽極應(yīng)用于PEC光解水制氫中。電流-電壓特性研究表明，ZnO納米鉛筆陣列的PEC活性

3、相比于ZnO納米棒陣列有顯著增強(qiáng)。ZnO納米鉛筆陣列的光電流密度是ZnO納米棒陣列的近2倍，在375 nm處的入射光量子轉(zhuǎn)化效率（IPCE）達(dá)到了19.0%，太陽能轉(zhuǎn)化為氫能（STH）的效率在較低的偏壓下可以達(dá)到~0.1%，比ZnO納米棒提升了近3倍，這些結(jié)果都證明ZnO納米鉛筆陣列具有更好的光催化活性。
　　通過光還原的方法成功的制備了可見光響應(yīng)的Au納米粒子修飾的ZnO NP, Au納米粒子的直徑約為15 nm。由于Au納米粒

4、子的表面等離子共振效應(yīng), Au-ZnO NP復(fù)合材料的可見光吸收性能得到了顯著的增強(qiáng)，其紫外可見光譜在520nm處出現(xiàn)了Au納米粒子的特征吸收峰。在Au-ZnO NP復(fù)合材料的光電流-電壓特性測(cè)試中，Au-ZnO NP的光電流密度相比于ZnO NP和ZnO NR都有了顯著增強(qiáng)。Au-ZnO NP光電陽極在模擬太陽光（AM1.5 G，100 mW/cm2）的照射下，在1.0V vs Ag/AgCl（pH=6.8）時(shí)，光電流密度可以達(dá)到1.