氧化物納米棒陣列的合成、修飾及光電化學性能研究.pdf

1、光電化學電池是一種同時利用光能和電能把太陽光轉化成化學能儲存起來的光電化學器件。利用太陽能發電的太陽能電池是解決當前環境和能源問題的重要方法之一。光電化學電池中光陰極的研究與太陽能電池的光陰極類似，并且效率已經很高，目前限制光電化學電池效率的主要因素在于光陽極的效率還比較低。因此，提高光陽極的效率對于提高整個光電化學電池的效率是非常關鍵的。本文合成了Au納米顆粒修飾的TiO2、ZnO/ZnS核殼納米棒陣列以及 ZnO多級微球，通過等離子

2、金屬的表面等離子共振效應提高光陽極對入射光的吸收、提高光生電荷的傳輸效率，抑制光生電荷復合；通過異質結光陽極中兩種半導體的協同作用提高對入射光的吸收、提高光生電荷的分離效率。本論文主要研究內容與結論如下：
　?。?）Au納米顆粒修飾TiO2納米棒陣列可以提高光電化學活性。利用FTO作為導電基底，預先在FTO基底上生長TiO2納米晶作為晶種，然后在裝有Ti前驅物的水熱反應釜中反應制備TiO2納米棒陣列。利用原位光還原的方法在TiO2

3、納米棒陣列表面生長Au納米顆粒，通過改變輻照時間改變Au納米顆粒的負載量。實驗結果表明:輻照時間是10 min時得到的Au/TiO2光陽極的性能最好，光電流密度與TiO2光陽極相比提高了近1倍。通過電化學阻抗、莫特-肖特基曲線結果分析表明：Au納米顆粒的表面等離子共振效應有利于提高光陽極對于入射光的吸收、提高光生電荷的傳輸效率以及提高載流子密度。
　?。?）ZnO/ZnS異質結與ZnO納米棒陣列相比表現出更好的光電化學活性。利用水

4、熱法在FTO基底上生長ZnO納米棒陣列，ZnO納米棒具有典型的六方結構，并且具有光滑表面。ZnO納米棒陣列與硫代乙酰胺反應之后表面變得粗糙，X射線衍射分析ZnO與硫代乙酰胺反應之后出現ZnS的衍射峰，說明形成了ZnO/ZnS核殼結構。線性掃描伏安曲線表明：ZnO/ZnS異質結的光電化學活性優于 ZnO的光電化學活性。電化學阻抗和莫特-肖特基曲線測試表明：形成異質結以后有利于光生電荷的傳輸，并且提高了載流子密度。
　?。?）利用硝酸

5、鋅溶液作為前驅物，通過簡單的水溶液方法，在室溫下制備了 ZnO多級結構。不同時間的實驗結果表明：ZnO多級結構的形成源于奧斯特瓦爾德熟化反應。ZnO多級結構用作染料敏化太陽能電池的光陽極，轉換效率達到2.36％，高于商業ZnO基染料敏化太陽能電池1.39%的轉換率。通過研究光陽極的光學及電化學性能，發現：ZnO多級結構具有較高的轉換效率主要源于多級結構能夠增加染料的吸附能力，微米尺寸的結構可以增強散射效應。而且，ZnO多級結構的結晶度好