【摘要】：光電化學(xué)水分解電池能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為清潔的氫能源,有望解決全球的能源危機(jī)。光電極作為光電化學(xué)水分解電池的重要組成部分,其性質(zhì)直接決定了電池的最終轉(zhuǎn)換效率,因此半導(dǎo)體光電極的設(shè)計(jì)與構(gòu)建一直是該領(lǐng)域研究的核心問題。WO_3因其可見光響應(yīng)良好、無(wú)毒經(jīng)濟(jì)、在酸性條件下化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于光電化學(xué)領(lǐng)域,然而,WO_3在電荷傳輸過程中較高的載流子復(fù)合率和表面氧化動(dòng)力學(xué)等方面的不足嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。基于此,本文從制備方法、形貌調(diào)控、表面后處理及修飾等角度開展研究,并進(jìn)一步探討了光生載流子的轉(zhuǎn)移和性能提升的內(nèi)在機(jī)理。具體研究工作如下:(1)制備并優(yōu)化WO_3光陽(yáng)極:采用電泳沉積法制備WO_3光陽(yáng)極,以150 nm和2~3?m兩種粒徑的WO_3粉末作為原材料,結(jié)果表明:由前者制備的光陽(yáng)極性能更優(yōu)異。此外,確立了制備光陽(yáng)極的最優(yōu)條件:粒徑150 nm,薄膜厚度為5.5?m且在450℃退火1小時(shí)。(2)后處理修飾WO_3光陽(yáng)極:采用滴加偏鎢酸銨溶液并退火的的方法對(duì)電泳沉積制備的WO_3進(jìn)行后處理,使器件在1.23 V_(RHE)處的光電流提高到原先的16倍。隨后,為探究性能提升的機(jī)理,設(shè)計(jì)并制備了3種不同結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極,研究結(jié)果表明,光陽(yáng)極電連接的增強(qiáng)是器件性能提升的主要因素。(3)α-Fe_2O_3修飾WO_3光陽(yáng)極:采用水熱生長(zhǎng)法在WO_3表面上制備α-Fe_2O_3層形成復(fù)合光陽(yáng)極。對(duì)復(fù)合光陽(yáng)極的形貌和光電性能進(jìn)行表征,復(fù)合光陽(yáng)極較WO_3光陽(yáng)極光電流下降,但其光電流的衰減速度相對(duì)變緩。
【圖文】：

第一章 緒論研究的背景和意義隨著全球人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)化的快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生活水平的需求不斷提對(duì)能源的需求量和依賴程度也在急劇增加。到目前為止，石油、天然氣、煤炭等礦然是全球消費(fèi)的主要能源，其中石油是世界的主導(dǎo)燃料，占所有能源消費(fèi)的近三分之 25 年全球一次能源消費(fèi)量見圖 1.1 所示[1]。這樣的能源消耗結(jié)構(gòu)使地球的礦物燃料斷減少，而且這些礦物燃料在燃燒的同時(shí)會(huì)釋放出大量的 CO2等溫室氣體，加劇了內(nèi)的溫室效應(yīng)和大氣污染。中國(guó)作為占全球能源消費(fèi)量 23%的最大能源消費(fèi)國(guó)，近年大城市出現(xiàn)的霧霾等空氣污染給我們的日常生活和健康帶來的極大的損害，因此，化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)清潔低碳發(fā)展是我們亟須解決的問題。

利用陰極和陽(yáng)極在光照下的電勢(shì)差產(chǎn)生電流達(dá)到分解水urner 課題組將 P 型半導(dǎo)體 GaIn2作為光陽(yáng)極材料[11]，使得太陽(yáng)能光解到 12.4%，但是由于該光陽(yáng)極材料穩(wěn)定性較差且價(jià)格昂貴，制約了其進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)光電催化分解水展開了大量的科學(xué)研究[12-21]。201等研究人員利用鈣鈦礦材料作為電極，，使光催化制氫的轉(zhuǎn)換率達(dá)到 1理論日趨成熟，利用太陽(yáng)能光電催化水分解制氫在未來的能源領(lǐng)域中[23]。化學(xué)水分解電池的工作機(jī)理化學(xué)水分解電池的基本結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2592633