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近年来,基于半导体的太阳能光电化学(PEC)分解水制氢技术在解决世界能源短缺与环境危机的问题上得到了人们的普遍关注和认可。在众多的半导体材料中,氧化锌因具有低成本、高催化活性和光稳定性等特点,被认为是最有前景的光电阳极材料之一,但是由于ZnO的带隙宽度较宽,使得它对可见光的利用受到了极大限制,这在一定程度上影响了 ZnO材料在PEC分解水方面的广泛应用。本文采用简单的电沉积法将立方状和球状的Cu2O晶体沉积在ZnO纳米管阵列上,并通过调节沉积电位,构筑了两种不同形貌Cu2O晶体负载的ZnO/Cu2O纳米管阵列异质结构。结果表明,ZnO/Cu20纳米管阵列异质结构的性能受Cu2O晶体的形貌和尺寸的影响显著,并且p-n结的成功构筑诱导了光生载流子的有效分离和转移,从而获得了良好的光电性能。本文的具体研究内容分为以下几个部分。(1)采用电沉积和化学刻蚀的方法制备ZnO纳米管阵列。选取Zn(NO3)2·6H2O作为Zn源,以PEG-400、C2H8N2为辅助材料,制备了具有纤锌矿型结构的ZnO纳米棒阵列,以KOH溶液为刻蚀剂,调节温度,时间以及刻蚀剂浓度,将ZnO纳米棒阵列刻蚀为ZnO纳米管阵列。通过对两种ZnO纳米结构测试得知,ZnO纳米管阵列因具有较大的表面积而具有较好的光吸收能力及PEC性能。(2)利用电沉积法将立方状Cu2O晶体沉积到ZnO纳米管阵列上,制备立方状Cu2O晶体负载的ZnO/Cu2O(以下简写为ZnO/Cu2Ocub)纳米管阵列异质结构。以ZnO纳米管阵列为基底,Cu(NO3)2·3H2O为Cu源,C3H6O3为稳定剂,并用NaOH调节电解液的pH值,利用恒定电位法,在-0.5 V的沉积电位下,得到ZnO/Cu2Ocub纳米管阵列异质结构。结果表明,此异质结构中的Cu2O晶体具有规则的立方体形貌,且大小和数量均随沉积时间的增加而增大;对可见光的吸收方面,ZnO/Cu2Ocub异质结构相比纯ZnO有了极大的增强;ZnO/Cu2Ocub异质结构在可见光下产生的光电流也明显高于纯的ZnO,且Cu2O晶体的大小和数量对ZnO/Cu2Ocub异质结构的PEC性能有较大的影响;最后尝试提出了 ZnO/Cu2Ocub纳米管阵列异质结构作为光电极时的光生电荷转移分离机制。(3)利用电沉积法将球状Cu2O晶体沉积到ZnO纳米管阵列上,制备球状Cu2O晶体负载的ZnO/Cu2O(以下简写为ZnO/Cu2Osph)纳米管阵列异质结构。以ZnO纳米管阵列为基底,Cu(NO3)2·3H2O为铜源,C3H6O3为稳定剂,并用NaOH调节电解液的pH值,利用恒定电位法,在-0.7 V的沉积电位下,得到ZnO/Cu2Osph纳米管阵列异质结构。此异质结构中的Cu2O晶体具有球状形貌,且大小和数量随沉积时间的增加而增大;对可见光的吸收方面,ZnO/Cu2Osph异质结构相比纯的ZnO纳米管阵列有了极为明显的提高;ZnO/Cu2Osph纳米管阵列异质结构在可见光下的光电流明显高于ZnO纳米管阵列,且Cu2O颗粒的大小和数量对此异质结构的PEC性能产生很大的影响;最后探究了这种异质结构内部的电荷分离扩散机理。