有序分枝狀TiO2復(fù)合納米棒陣列的制備及PEC光解水制氫性能.pdf

1、太陽(yáng)能光電化學(xué)池(PEC)分解水制氫做為一種新型的制氫方法,真正實(shí)現(xiàn)了環(huán)境無(wú)污染且能源合理利用。TiO2因其來(lái)源廣泛、耐腐蝕性好、價(jià)廉無(wú)毒,備受關(guān)注。然而,TiO2的禁帶寬度為3.2eV,其光吸收范圍限制在紫外光區(qū)(僅占發(fā)光總能量的4％),因而TiO2作為光電陽(yáng)極材料,難以高效利用太陽(yáng)光,其光電效率很低。
　　一維納米結(jié)構(gòu)TiO2相比于TiO2顆粒催化劑具有更優(yōu)良的電荷傳輸性能,而分枝狀TiO2納米棒(TiO2BNRs)陣列在Ti

2、O2納米棒(TiO2NRs)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TiO2BNRs陣列這一結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),成功的采用半導(dǎo)體摻雜及貴金屬納米粒子修飾等手段擴(kuò)展了的光響應(yīng)范圍,使其具有優(yōu)越的可見(jiàn)光活性。
　　通過(guò)連續(xù)化學(xué)沉積的方法首次制備了CdS量子點(diǎn)(CdSQDs)敏化的TiO2BNRs(CdS/TiO2BNRs)陣列結(jié)構(gòu),并將其作為光電陽(yáng)極應(yīng)用于PEC光解水制氫中。研究表明,當(dāng)CdSQDs敏化循化次數(shù)的增加到9

3、次時(shí),CdSQDs的尺寸為5-10nm。在模擬太陽(yáng)光的照射下,光電流密度達(dá)到最大值為3.98mA/cm2(標(biāo)準(zhǔn)誤差為±0.1mA/cm2),這是TiO2BNRs的4倍,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)中所報(bào)道的結(jié)果(相同的測(cè)試條件下)。CdS/TiO2BNRs的IPCE值在紫外區(qū)達(dá)到了55.3%,在450nm,475nm和500nm處光電轉(zhuǎn)化效率(IPCE)值分別達(dá)到了17.9%,12.3%,2.3%,這一結(jié)果有效的證明了CdSQDs敏化TiO2BNRs

4、使材料在可見(jiàn)光區(qū)具有很好的光催化活性。
　　通過(guò)光還原的方法成功的制備了可見(jiàn)光響應(yīng)的Au納米粒子修飾的TiO2BNRs,Au納米粒子的尺寸為6.5±0.5nm。由于Au納米粒子的表面等離子共振效應(yīng),TiO2BNRs復(fù)合材料的可見(jiàn)光吸收性能得到了顯著的提高,在534nm出現(xiàn)了Au納米粒子的特征吸收峰。Au/TiO2BNRs復(fù)合材料的PEC活性測(cè)試中光電流-電壓特性相比于TiO2NRs和TiO2BNRs都有了顯著增強(qiáng)。Au/TiO2B