層狀材料修飾半導體光電極及其光電化學水氧化性能研究.pdf

1、太陽能光解水制取氫氣是獲得清潔能源的重要途徑之一。水分解反應包括水的還原和氧化兩個半反應，其中水氧化反應是限速步驟，因此設計高效光陽極對于整體水分解反應具有重要意義。影響光電極性能的主要因素有光電極對光的吸收能力、電子-空穴電荷分離效率、電荷轉移效率等。層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，具有二維層狀結構與靈活調變的化學組成，這些優越的性質，使其作為水氧化反應催化劑受到越來越多的關注。

2、r>　　從增強光吸收能力、電荷分離效率、電荷轉移效率三個方面來改善光電極性能的研究思路，設計了復合結構光電極，主要研究結果如下:
　　1.發展了將石墨烯(G)與LDHs雜化修飾釩酸鉍(BiVO4)光電極的方法，在BiVO4表面形成了由二維納米片組裝的花狀介觀結構(G@LDHs@BiVO4)，修飾光電極的光電流密度達2.13mA·cm-2(1.23V vs.RHE)，達到未修飾的BiVO4光電極的4倍，氧化效率顯著增強，即使在低電勢

3、下也超過80％(＜0.8Vvs.RHE)，400nm處IPCE達52％，電極穩定性也得到增強。這是由于石墨烯本身具有優異的電荷傳輸性質，增強了光生電荷轉移。同時其在可見光波段的吸收增強了光吸收與捕獲，而LDHs獨有的層狀結構特征與催化水氧化性質，提高了電極表面的氧化反應動力學。
　　2.Au@SiO2具有局域表面等離子共振效應(LSPR)，利用這種性質來增強LDHs/BiVO4光電催化性能。設計了兩種結構的光電極（LDHs/Au@

4、SiO2/BiVO4和Au@SiO2/LDHs/BiVO4），結果發現前者能使LDHs/BiVO4光電催化性能得到顯著提升，光電流密度達到1.92mA·cm-2(1.23V vs.RHE)，比Au@SiO2/LDHs/BiVO4(1.26mA·cm-2)提高52％。氧化效率為69％(1.23V vs.RHE)，是后者的1.3倍，這是因為Au@SiO2的LSPR增強了BiVO4的光生電荷轉移，同時也證明了BiVO4對光電極中的電荷分離有主