SrTiO3薄膜光電極的制備及其光電化學性能的研究.pdf

1、作為一種典型的鈣鈦礦結構氧化物（ABO3）材料，SrTiO3（STO）因其在介電、鐵電以及超導等領域的應用，多年來一直受到研究人員的廣泛關注。除此以外，盡管STO是紫外光吸收的半導體材料，但是它的能帶結構與水的氧化還原電勢比較匹配，可以在不外加偏壓的情況下將水分解成 H2和O2，因此 STO也是一種優異的光電極材料，在光電化學電池領域中具有很好的應用前景。
　　我們注意到一方面目前研究的 STO光電極主要是以粉末形態為主。雖然粉末

2、光電極制備方法比較簡單，可以獲得較大的比表面積，容易產生較優的光電化學性能。但是由于粉末分散存在于溶液中，會導致氫氣和氧氣的混合物在同一容器內產生，不利于兩種氣體的單獨分離。同時粉末光電極失活后將其從溶液中提取處理也十分不便。與之相反的是，固定薄膜型光電極可以克服以上的缺點，更有利于實現 STO光電極在實際中的應用。另一方面，STO光電極本身的光電化學性能還比較低，需要進一步的提高。為了解決以上的問題，我們在本論文中主要開展了以下兩方面

3、的研究工作：
　?。?）我們首先采用溶膠-凝膠法制備了純相 STO薄膜光電極，詳細研究了后退火氣氛、溫度對STO薄膜微結構、光學以及光電化學性能的影響。研究結果表明STO薄膜的結晶度與后退火氣氛、溫度密切相關，而薄膜的光學帶隙值受上述兩個工藝參數影響較小。在所有樣品中，O2，700℃下后退火制備的STO薄膜光電極具有最優的光電流密度，這主要歸因于該樣品具有最好的結晶度，光生載流子在薄膜體內的復合幾率最小。
　?。?）在第一個

4、工作基礎上，為了進一步提高STO薄膜的光電化學性能，我們制備了不同電荷補償機制下Ho3+取代Sr2+的STO薄膜光電極，并探討了不同電荷補償機制對樣品光電化學性能的影響。研究結果表明Ti空位電荷補償機制下制備的STO薄膜呈現最大的光電流密度，約為純 STO樣品的1.7倍。通過電化學阻抗譜以及介電性能測試，我們認為在不同樣品各種物化性質基本類似的情況下，光電化學性能的優劣與薄膜/溶液界面處光生載流子的分離有關。其中不同電荷補償機制可以導致