多級(jí)納米陣列結(jié)構(gòu)光電陽(yáng)極材料的制備及性能研究.pdf

1、近幾十年，能源危機(jī)成為全球關(guān)注的問題，開發(fā)利用新能源已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，光電化學(xué)(PEC)分解水制氫為人類獲取新能源提供了一種有效的方法。傳統(tǒng)的光電陽(yáng)極材料主要是以TiO2，ZnO，WO3等為代表的半導(dǎo)體氧化物材料，但這些傳統(tǒng)光電陽(yáng)極材料存在著可見光利用率低、光生電子-空穴易復(fù)合和量子效率低等問題，限制了它們的近一步應(yīng)用。本文在傳統(tǒng)的光電陽(yáng)極材料ZnO，WO3基礎(chǔ)上，通過構(gòu)筑ZnO納米陣列多級(jí)結(jié)構(gòu)、沉積貴金屬金納米顆粒和引入水滑石

2、(LDH)助催化劑等方法，在提高活性位，抑制電子-空穴復(fù)合，擴(kuò)大光譜吸收以及提高水氧化動(dòng)力學(xué)等方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)光電陽(yáng)極材料的優(yōu)化，提高了光電化學(xué)分解水的性能。同時(shí)，通過DFT理論計(jì)算的方法對(duì)光電陽(yáng)極材料在光電化學(xué)分解水的過程中一些機(jī)理進(jìn)行了探索。
　　具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、通過水熱法合成了ZnO NR@NP核殼陣列，研究表明ZnONR@NP核殼陣列多級(jí)結(jié)構(gòu)有利于ZnO活性位點(diǎn)的暴露，提高了光電化學(xué)分解水的效率。進(jìn)一步用Au

3、納米顆粒進(jìn)行修飾后，Au-ZnONR@NP陣列光電流有很大提高，在電壓0.6 V vs.Hg/Hg2Cl2下光電流密度為1.47 mA·cm-2，而ZnO NR@NP陣列為1.17 mA·cm-2。Au-ZnO NR@NP光電化學(xué)分解水性能的增強(qiáng)是由于金納米顆粒形成電子陷阱抑制了ZnO光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，同時(shí)，金納米顆粒的SPR效應(yīng)提高了可見光的利用率。密度泛函理論(DFT)計(jì)算進(jìn)一步證明ZnO的光激發(fā)電子容易轉(zhuǎn)移到Au納米顆粒上。

4、該工作提供了一個(gè)有效的制備貴金屬/半導(dǎo)體多級(jí)結(jié)構(gòu)納米陣列的方法。
　　2.通過電合成的方法實(shí)現(xiàn)了NiFe-LDH納米片在WO3納米線陣列上的有序生長(zhǎng)，并探究了在光電化學(xué)分解水方面NiFe-LDH與WO3之間的協(xié)同作用。WO3本身具有光催化性能，NiFe-LDH具有優(yōu)良的電催化性能，兩者結(jié)合形成的WO3@NiFe-LDH核殼納米陣列顯著增強(qiáng)了光電化學(xué)分解水的性能。NiFe-LDH殼作為助催化劑增加了整個(gè)體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，同時(shí)抑制了W