氧化鐵薄膜的制備、摻雜及光解水性質(zhì)研究.pdf

1、n型半導體材料氧化鐵(α-Fe2O3)是光解水制氫領域的熱點材料之一。它除了具有適宜的禁帶寬度(～2.2 eV)外，還具有價格低廉、在水溶液中穩(wěn)定性好等優(yōu)點。同時α-Fe2O3的理論光電流高達12.6 mA/cm2，因此α-Fe2O3在光解水制氫領域極具研究價值。但在實際應用中，因為導電性差、空穴擴散距離短等缺點，α-Fe2O3的光解水性能遠低于人們的預期。因此探索如何通過形貌控制、摻雜和表面修飾等方法對α-Fe2O3光電極進行優(yōu)化進而

2、提高其光解水性能，在當前能源和環(huán)境問題日益嚴峻的背景下具有重要的意義。
　　本文通過數(shù)種方法在氟摻雜的二氧化錫(FTO)導電玻璃上制備了納米結(jié)構的α-Fe2O3薄膜，同時對其光解水制氫性能進行了系統(tǒng)地研究，具體內(nèi)容如下:
　　1.使用水熱法在FTO基底上生長前驅(qū)體，并通過熱處理制備了α-Fe2O3納米結(jié)構薄膜。通過調(diào)節(jié)添加劑的種類，實現(xiàn)了對α-Fe2O3微觀結(jié)構形貌的控制，分別獲得了短棱柱、納米棒和多面體顆粒的α-Fe2O3

3、納米結(jié)構薄膜。其中短棱柱和納米棒為沿[110]晶向垂直生長在FTO襯底上的單晶，而多面體則是由更小的各向同性的納米顆粒堆積而成。以這些納米結(jié)構薄膜為光陽極進行可見光驅(qū)動下的光解水研究表明，α-Fe2O3納米棒薄膜的性能明顯優(yōu)于另外兩種。XRD、SEM、電化學阻抗圖譜分析表明α-Fe2O3納米棒具有直徑較小、多孔、垂直襯底并沿[110]晶向擇優(yōu)生長及施主濃度高的特點，這些特點使其光解水性能得到明顯提高。
　　2.通過簡單、溫和的方法

4、在FTO襯底上制備了W-摻雜α-Fe2O3多孔短棱柱納米結(jié)構薄膜?？梢姽怛?qū)動下的光解水實驗證明，W-摻雜α-Fe2O3多孔短棱柱納米結(jié)構電極具有明顯高于α-Fe2O3的性質(zhì)。例如，在1.60 V vs.RHE電位下，光電流密度達到1.1mA/cm2。同時，其光響應范圍從紫外一直延伸到600 nm。穩(wěn)定性實驗表明，電極在0.1mol/L的NaOH電解液中長時間運行，其光電流幾乎沒有下降，表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性。
　　3.通過晶種法在FT