層狀材料修飾半導(dǎo)體光電極及其光電化學(xué)水氧化性能研究.pdf

1、太陽(yáng)能光解水制取氫氣是獲得清潔能源的重要途徑之一。水分解反應(yīng)包括水的還原和氧化兩個(gè)半反應(yīng)，其中水氧化反應(yīng)是限速步驟，因此設(shè)計(jì)高效光陽(yáng)極對(duì)于整體水分解反應(yīng)具有重要意義。影響光電極性能的主要因素有光電極對(duì)光的吸收能力、電子-空穴電荷分離效率、電荷轉(zhuǎn)移效率等。層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，具有二維層狀結(jié)構(gòu)與靈活調(diào)變的化學(xué)組成，這些優(yōu)越的性質(zhì)，使其作為水氧化反應(yīng)催化劑受到越來(lái)越多的關(guān)注。

2、r>　　從增強(qiáng)光吸收能力、電荷分離效率、電荷轉(zhuǎn)移效率三個(gè)方面來(lái)改善光電極性能的研究思路，設(shè)計(jì)了復(fù)合結(jié)構(gòu)光電極，主要研究結(jié)果如下:
　　1.發(fā)展了將石墨烯(G)與LDHs雜化修飾釩酸鉍(BiVO4)光電極的方法，在BiVO4表面形成了由二維納米片組裝的花狀介觀結(jié)構(gòu)(G@LDHs@BiVO4)，修飾光電極的光電流密度達(dá)2.13mA·cm-2(1.23V vs.RHE)，達(dá)到未修飾的BiVO4光電極的4倍，氧化效率顯著增強(qiáng)，即使在低電勢(shì)

3、下也超過(guò)80％(＜0.8Vvs.RHE)，400nm處IPCE達(dá)52％，電極穩(wěn)定性也得到增強(qiáng)。這是由于石墨烯本身具有優(yōu)異的電荷傳輸性質(zhì)，增強(qiáng)了光生電荷轉(zhuǎn)移。同時(shí)其在可見(jiàn)光波段的吸收增強(qiáng)了光吸收與捕獲，而LDHs獨(dú)有的層狀結(jié)構(gòu)特征與催化水氧化性質(zhì)，提高了電極表面的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
　　2.Au@SiO2具有局域表面等離子共振效應(yīng)(LSPR)，利用這種性質(zhì)來(lái)增強(qiáng)LDHs/BiVO4光電催化性能。設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)的光電極（LDHs/Au@

4、SiO2/BiVO4和Au@SiO2/LDHs/BiVO4），結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者能使LDHs/BiVO4光電催化性能得到顯著提升，光電流密度達(dá)到1.92mA·cm-2(1.23V vs.RHE)，比Au@SiO2/LDHs/BiVO4(1.26mA·cm-2)提高52％。氧化效率為69％(1.23V vs.RHE)，是后者的1.3倍，這是因?yàn)锳u@SiO2的LSPR增強(qiáng)了BiVO4的光生電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)也證明了BiVO4對(duì)光電極中的電荷分離有主