一維TiO2和α-Fe2O3的光電化學性能研究.pdf

1、二十一世紀的重大課題是資源、環境、人口和人類社會的可持續發展，也是經濟快速發展和能源大量消耗的時代。能源危機已經成為當今世界的一大難題，人類所使用的石油、天然氣和煤炭三大傳統化石燃料，雖然可以滿足人類對能源的大量需求，但是這些傳統燃料的資源使用是和溫室效應，酸雨，環境惡化緊密聯系在一起的，并且這些化石燃料是不可再生資源，會被全部消耗完，因此，如何解決這些問題，尋找新型的綠色清潔可持續的替代能源，對人類來說是一項義不容辭的責任同時也是一個

2、巨大的挑戰。三大化石燃料都是在太陽能的作用下生成的，因而，太陽能的開發與利用便成為能源探索的重中之重。由于氫氣等能源在一些方面具有明顯的優勢，所以如何有效的把太陽能轉化為電能，利用獲得的電能分解水來產生氫氣(即光解水制氫)就成為了現在的研究熱點。
　　自從1972年Fujishima和Honda使用二氧化鈦作為光催化劑以來，光電化學分解水已被認為是將太陽能轉化為氫能的最有前景的方法之一。因此制備具有高化學活性的光解水催化劑材料，具

3、有非常深遠的意義。TiO2和α-Fe2O3因其成本低、高的光化學性能作為良好的半導體催化劑而受到特別關注。
　　本論文主要從以下三個方面進行探究，具體內容為：
　　(1) P摻雜銳鈦礦型TiO2薄膜的制備：以濃鹽酸(質量分數36.5％-38%)、濃硫酸(質量分數98%)和鈦酸四丁酯為原料，采用水熱法在有TiO2種子層的FTO薄膜上合成了有方向性生長的銳鈦礦相TiO2納米線薄膜。并以次亞磷酸鈉作為磷源，N2作為保護氣體，300

4、℃退火1 h，制備了P摻雜的銳鈦礦TiO2納米線樣品。通過SEM、XRD、UV-vis、IPCE、UPS、I-V、Voc decay、IMPS等對樣品進行了表征，摻雜后的TiO2納米線薄膜的光電流密度達到了0.4mA·cm-2(0.2 V vs SCE)，是未摻雜之前的2倍多。
　　(2) P摻雜金紅石型TiO2薄膜的制備：去離子水和鹽酸體積比為1:1加入500 uL鈦酸四丁酯，采用水熱法制備金紅石相 TiO2納米線薄膜。以次亞磷

5、酸鈉作為磷源，N2作為保護氣體。低溫煅燒處理制備出了P摻雜的金紅石相TiO2。通過SEM、XRD、UV-vis、IPCE、UPS、I-V、Voc decay、IMPS等對樣品進行了表征，在對所制備的樣品進行光催化性能表征后發現P摻雜的金紅石相TiO2具有更好的光電催化活性。通過光電流測試，金紅石相TiO2納米線薄膜樣品的光電流達到0.09mA·cm-2(0.2 V vs SCE)，經過摻雜改性以后，它的光電流可以達到1.8mA·cm-2

6、(0.2 V vs SCE)。
　　(3)α-Fe2O3納米管的制備：在雙電極系統中，純鐵片作為陽極，鉑片作為對電極通過陽極氧化法制備α-Fe2O3納米管，電解質是EG+x wt%NH4F+y vol%DI組成的。通過SEM對樣品進行了表征，結果發現，樣品形貌是由陽極氧化溶液的溫度和NH4F的濃度決定的，也受陽極氧化的電壓和氧化時間的影響。最后，部分α-Fe2O3樣品在AM1.5G，光強為100 mW/cm2的照射條件下進行了光電