儲氫合金-Cr摻雜復合氧化物半導體電極的制備及其光電化學性能.pdf

1、近年來,由于能源與環境問題日益緊迫,為了實現對太陽能的低成本及高效轉化和儲存,各種光電化學電池引起了廣泛的研究.本文采用溶膠一凝膠法直接制備納米復合半導體材料Cr-Ba4In<,2>O<,7>/Cr-In<,2>O<,3>以及固相法制備Cr-lnNbO<,4>∶NiO,將得到的半導體材料與儲氫合金電極結合制備光電極并對其光電化學性能進行研究. 眾多研究表明,復合半導體由于可提高載流子分離效率而具有較高的光催化活性.但目前均勻復合

2、半導體的制備一般需要高溫等較多步驟.本文通過對溶膠-凝膠法制備Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>和Cr-In<,2>O<,3>半導體材料的實驗條件進行探索,成功實現一步合成直接制備均勻混合的Cr-BIO納米復合半導體材料.復合半導體材料由Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>納米棒(長50-150nm,直徑5-50 nm)和Cr-In<,2>O<,3>納米顆粒(粒徑30-90 nm)組成,且兩種材料之間均勻混合,可以充分接觸,因

3、此有利于光生載流子的有效分離.Cr-BIO材料紫外可見吸收光譜中吸收邊約480 nm,在可見光范圍具有明顯吸收利用.Cr-BIO半導體制備的Cr-BIO/Cu電極和Cr-BIO/Ni電極在光照下都表現出明顯的光電流響應. 將Cr-BIO與儲氫合金結合制備HSA/Cr-BIO光電極,在循環伏安曲線中,電極在光照下電流增大速率明顯比未受光照下的大.HSA/Cr-BIO電極在200 μA電流與光照同時充電時比僅200μA電流充電后放電

4、時間長(11.4小時vs 8.7小時),所增加的放電容量來自光生電子與空穴對儲氫合金電極的充電,表明該HSA/Cr-BIO電極具有明顯的光輔助充電性能.該電極的光輔助充電性能可能是由于在均勻混合,相互接觸的Cr-In<,2>O<,3>和Cr-Ba<,4>In<,2>O<,7>兩種半導體中存在能帶偏置,從而使光生載流子有效分離并遷移到半導體表面進行光充電反應. 采用固相燒結法制備的(In<,0.9>Cr<,0.1>)NbO<,4>

5、光催化材料吸收邊約470 nm,且在530 nm處有一個較小的吸收峰,表明在可見光范圍具有明顯吸收利用.采用浸漬法可以在Cr-lnNbO<,4>顆粒表面均勻地沉積NiO納米顆粒得到Cr-InNbO<,4>∶NiO材料.將制備的Cr-lnNbO<,4>∶NiO材料與儲氫合金結合制備HSA/Cr-BIO光電極,在循環伏安曲線中,電極光照下電流增大速率明顯比未受光照下的大.HSA/Cr-InNbO<,4>∶NiO電極也表現出明顯的光輔助充電性