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相似文献
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1.
能够大规模同时提升电极的催化效率和稳定性对光电化学分解水系统的开发具有重要意义.硅是一种地球储量丰富且成熟的工业材料,由于其合适的带隙(1.1 eV)和优异的导电性,已被广泛用于光电化学制氢反应.然而,缓慢的表面催化反应和在电解液中的不稳定性限制了其在太阳能制氢中的实际应用.III-IV族半导体材料也具有较高的载流子传输特性且被广泛用于光电器件.其中,GaP的直接带隙和间接带隙分别为2.78和2.26 eV,可与硅组成串联型光电极用于光电化学分解水.然而,GaP的光腐蚀电位位于禁带中,很容易在光电催化过程中发生光腐蚀而导致性能大幅下降.本文报道了一种新型的GaP/GaPN核/壳纳米线修饰的p型硅(p-Si)串联型光阴极,同未修饰的p-Si相比,其光电化学制氢性能更高.这可归因于以下几点:(1)p-Si和GaP纳米线之间形成的p-n结促进了电荷分离;(2)GaPN相对于GaP具有更低的导带边位置,进一步促进了光生电子向电极表面的转移;(3)纳米线结构既缩短了光生载流子的收集距离,又增加了比表面积,从而加快了表面反应动力学.此外,在GaP中引入氮元素还提高了体系的光吸收和稳定性.我们所提出的高效、简便的改进策略可应用于其他的太阳能转换体系.利用简单的化学气相沉积法制备GaP/GaPN核/壳纳米线修饰的p-Si光阴极.首先在p-Si衬底上利用Au纳米颗粒作为催化剂生长GaP纳米线;然后,去除Au催化剂,并在氨气中退火便形成了GaP/GaPN核壳纳米线.高分辨透射电子显微镜,拉曼光谱和X射线光电子谱的表征结果均证实了氨气退火使得GaP纳米线表面形成了GaPN的薄壳层,同时证明了GaP/GaPN核壳纳米线具有可调的核壳结构.在模拟太阳光下作为光阴极用于光解水制氢反应时,GaP/GaPN核壳纳米线修饰的p-Si光阴极的起始电位为~0.14 V,而未修饰的p-Si电极的起始电位大约在?0.77 V.而且,GaP/GaPN核/壳纳米线修饰的p-Si光阴极比未修饰的p-Si光阴极具有更高的光电流密度,在水的还原电位下,其光电流密度为?0.3 mA cm^-2,且饱和光电流密度在?0.76 V时达到了?8.8 mA cm^-2.此外,GaP/GaPN核/壳纳米线修饰的p-Si光阴极的光电化学活性在10 h内没有发生明显下降.由此可见GaP/GaPN核/壳纳米线可以规模化有效地提升Si光电极的催化效率和稳定性.  相似文献   

2.
模拟水中白铜B30耐蚀性影响因素的光电化学研究   总被引:4,自引:0,他引:4  
用动电位伏安法和光电化学方法对模拟水中白铜B30耐蚀性影响因素进行了研究. 白铜B30表面膜显示p-型光响应, 光响应来自电极表面的Cu2O层, 在模拟水溶液中表面膜的半导体性质会发生转变, 由p-型转为n-型; 在不同 Cl, SO42-浓度的模拟水溶液中, 电位正向扫描时呈现阳极光电流, 电位负向扫描时随着Cl, SO42-离子浓度的增加, 光响应由p-型向n-型转变, 阳极光电流峰面积与阴极光电流峰面积之比增大, 耐蚀性能降低; 随着温度的升高, 白铜B30的耐蚀性能降低; 在pH=7~9之间, 其耐蚀性能随着pH的升高而提高, 当pH>9时, 其耐蚀性能随着pH的升高呈降低趋势.  相似文献   

3.
钱阳  徐江 《物理化学学报》2015,31(2):291-301
为改善金属双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中的耐腐蚀性能及降低其界面接触电阻, 采用双阴极等离子溅射沉积技术, 在Ti-6A1-4V合金表面制备了纳米晶Zr 涂层. 利用扫描电子显微镜(SEM), X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等微观分析手段对该涂层的组织结构进行了表征. 结果表明: 所制备的涂层具有沉积层和扩散层的双层结构, 其微观组织连续、致密. 在分别通入氢气/空气、70 ℃ 的0.5 mol·L-1H2SO4+2 mg·L-1 HF的溶液中, 对比研究了纳米晶Zr 涂层与Ti-6A1-4V合金在模拟电池的阳极/阴极工作环境中的电化学腐蚀性能. 动电位极化测试结果表明: 在模拟电池的阳极/阴极工作环境中, 纳米晶Zr 涂层的腐蚀电位均明显高于Ti-6A1-4V合金; 在阴极工作电极电位为+0.6 V下, 纳米晶Zr 涂层与Ti-6A1-4V合金均位于钝化区内, Zr 涂层的钝化电流密度较Ti-6A1-4V合金降低约4 个数量级; 而在阳极工作电极电位为-0.1 V下, 纳米晶Zr 涂层呈现出阴极保护特征. 电化学阻抗谱测试结果表明, 在0.5 mol·L-1 H2SO4+2 mg·L-1 HF的溶液中, 纳米晶Zr 涂层的容抗弧半径和相位角的最大值及其频率宽度均明显大于Ti-6A1-4V合金. 此外, 纳米晶Zr 涂层同时改善了Ti-6A1-4V合金的导电性与憎水性能.  相似文献   

4.
H?O     
光电化学分解水可将太阳能转换为绿色的氢能,为目前的能源危机和环境问题提供了一种理想的解决方案.在分解水反应中,涉及四空穴过程的产氧半反应是制约性能的关键步骤,往往需要在半导体表面沉积电催化剂以加速产氧反应动力学.因此,全面理解电催化剂在光电化学分解水体系中的作用至关重要.在目前的产氧电催化剂中,过渡金属羟基氧化物电催化剂(MOOH, M=Fe, Co, Ni)因其环保、廉价、高效以及稳定的特性,已被广泛用于半导体光阳极分解水器件中.而且, MOOH可用简单的电沉积方法沉积在光电极表面,易于大面积制备.然而,电沉积法制备的MOOH具有复杂的结构,对其作用机制的全面理解更加困难.因此,本文以电沉积MOOH修饰的硅基光阳极(n+p-Si/SiOx/Fe/FeOx/MOOH)作为模型,研究了不同电催化剂对硅光阳极光电化学产氧性能的影响.实验发现电催化剂的界面优化在电催化剂修饰的光电极中发挥着重要作用,这是因为优化的界面可以提升界面电荷传输,提供更多的催化反应活性位点以及更高的本征催化活性,从而更有利于光解水性能的提升.该项研究揭示了电催化剂在光解水器件中的作用,并为今后高效光解水器件的设计提供了一定指导.首先在多晶n+p-Si基底上热蒸镀了一层30 nm的金属Fe膜,并通过电化学活化将Fe膜表面转换为FeOx得到Fe/FeOx (记作a Fe)界面层,然后利用电沉积方法制备MOOH表面修饰层,最终得到n+p-Si/SiOx/a Fe:MOOH光阳极.X射线光电子能谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜表面元素成像的表征结果均证实电极表面由于界面层金属Fe元素的掺杂而形成了Fe1-xNixOOH.在模拟太阳光下用于光解水产氧时, n+p-Si/SiOx/aFe:NiOOH电极的起始电位为~1.01 VRHE (相对于可逆氢电极的电势),在1.23 VRHE下的光电流为38.82 mAcm–2,显著优于n+p-Si/SiOx/aFe、 n+p-Si/SiOx/aFe:FeOOH以及n+p-Si/SiOx/aFe:CoOOH三个对比样品,且其稳定性达到75 h.另外,我们发现n+p-Si/SiOx/aFe:MOOH电极的光电化学产氧性能均显著高于n+p-Si/SiOx/aFe电极,且p++-Si/SiOx/aFe:MOOH的电催化产氧性能也高于p++-Si/SiOx/MOOH,不仅证明了aFe界面层对Si与MOOH层之间的界面接触作用的有效调控,而且表明双电催化剂体系(aFe:MOOH)的电催化产氧活性高于单电催化剂(MOOH).热力学分析表明, n+p-Si/SiOx/a Fe:MOOH光阳极的光电压大小与其光解水产氧性能并不一致,从而排除了热力学因素对性能的关键影响.进一步从塔菲尔斜率、电化学活性表面积和电化学阻抗谱对各电极的动力学进行了分析,证明了动力学因素在上述光阳极产氧性能中的主导作用.同时发现,由于a Fe:NiOOH双电催化剂具有更高的本征电催化产氧性能,提供了更多的表面活性位点以及更有效地促进了光生载流子的传输,对动力学的提升效果更显著,从而使n+p-Si/SiOx/aFe:NiOOH光阳极表现出最高的光解水产氧性能.  相似文献   

5.
CdSe电沉积层的组成及形成机理   总被引:3,自引:0,他引:3  
伏安曲线和现场光电流测定用于研究在钛基体上阴极电沉积形成Cdse薄膜的机理. XPS实验表明, CdSe沉积层的组成与沉积电位、沉积时间和溶液组成有关.在0.1 mol·L~(-1)CdSO_4+4 mmol·L~(-1)H_2SeO_3+0.2 mol·L~(-1) H_2SO_4溶液中, 当电位比-0.50 V正时生成富Se层, 而当电位比-0.70 V还负时生成富Cd层. 在-0.69 V下沉积, 沉积层的Se/Cd计量比接近1.1. 在同一电位下, 若提高H_2Se0_3浓度, 则沉积物中Se的含量增多. 实验结果表明, CdSe电沉积因条件不同遵循两种不同的机理, 据此讨论了克服Se/Cd比大于1的可能措施。  相似文献   

6.
运用三电极在电化学工作站AUTOLAB以循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了LiF-BaF2-LiCl熔盐体系中1203 K温度下锂在钨(W)电极上的电化学还原过程及其控制步骤. 结果表明,Li+在W电极上的还原过程是一步得电子的准可逆反应,析出电位在-1.0 V附近. 阴极过程受离子的扩散步骤控制,计算得出扩散系数为4.5 × 10-6 cm2•s-1.  相似文献   

7.
以纳米硫化镉薄膜修饰的铟锡氧化物电极(CdS/ITO)作光阳极, 铜(Ⅱ)配合物[Cu(phen)(L-Trp)·(H2O)]+(phen=1,10-菲啰啉, L-Trp=L-色氨酸)修饰单壁碳纳米管(SWCNTs)电极作阴极, 构建了光催化尿酸(UA)燃料电池, 并研究了其性能及热处理温度的影响. 结果表明, 在40 ℃以下获得的纳米CdS修饰电极在320~550 nm波长区间显现明显的吸收和光伏响应, 在可见光辐射下能光催化氧化UA; 较高温度的热处理(200~300 ℃)却降低了纳米CdS对UA的光催化氧化活性. [Cu(phen)(L-Trp)(H2O)]+/SWCNTs电极在-0.131 V电位下呈现一对准可逆的氧化还原峰, 并能电催化还原O2和H2O2. 此外, 基于UA在CdS/ITO电极上的光催化氧化及O2在[Cu(phen)(L-Trp)(H2O)]+/SWCNTs电极上的电催化还原, 组装了UA(0.2 mmol/L)燃料电池, 其在可见光照射(0.18 mW/cm2)下产生0.52 V开路电压, 13.08 μA/cm2短路光电流, 在0.41 V下呈现的最大功率密度为4.10 μW/cm2.  相似文献   

8.
准确理解金属大环配合物(如N4-Fe2+)体系的氧化还原化学性能,对氧还原反应(ORR)电催化剂的基础研究和合理设计具有重要意义.本文采用微波法将三种不同酞菁铁类金属大环配合物吸附在碳纳米管上,分别记为(NH2)4FePc@CNTs,(t-Bu)4FePc@CNTs和FePc@CNTs,考察了取代基对Fe3+/Fe2+氧化还原电位的影响,以及碱性介质中的氧还原反应催化活性.结果表明,FePc@CNTs,(t-Bu)4FePc@CNTs和(NH2)4FePc@CNTs的ORR起始电位分别为0.98,0.96和0.96 V,而半波电位(E1/2)由高到低的顺序为FePc@CNTs(E1/2=0.91 V),(t-Bu)4FePc@CNTs(E1/2=0.87 V),(NH2)4FePc@CNTs(E1/2=0.83 V).与20%Pt/C(E1/2=0.85 V)相比,FePc@CNTsFePc@CNTs具有优异的ORR性能.在活性、稳定性和耐甲醇性方面,FePc@CNTs复合材料比其他复合材料表现出更高的ORR性能.研究发现,FePc上的供电子基团可以显著改变N4-Fe2+活性位点的电子云密度,增加dz 2轨道(HOMO)的能量,并观察到Fe2+/Fe3+氧化还原电位显著向阴极方向移动.结果表明,取代基的高电子贡献能力降低了HOMO和LUMO(O2的杂轨道*-轨道)之间的电子耦合,从而降低了氧还原催化活性.因此,FePc框架外围的供电子基团对ORR不利.本文阐明了取代基电子效应-金属大环配合物氧化还原电位与ORR催化性能之间的关系,为ORR催化剂活性中心的构建和调控提供了借鉴.  相似文献   

9.
采用线性扫描伏安法和循环伏安法研究了含有Cl-、SO42-的酸性溶液中Fe2+/Fe3+相互转换对电极反应和Fe3+还原过程的影响. 结果表明: [Fe]T=1 mol·L-1条件下,溶液中Fe3+/Fe2+的还原析出过程经过两个阶段:(1) E=0.35 V左右Fe3+还原成Fe2+过程; (2) E=-0.3 V之后H+的还原同时Fe2+离子与OH-相结合生产Fe(OH)2; Fe3+/Fe2+的相互转化主要影响Fe3+的第一还原阶段的还原峰电流和峰电位. |ipa/ipc|值随c(Fe3+ )/c(Fe2+ )增大而增大,且扫描速度慢时影响大,扫描速度快时影响小; 0.50 mol·L-1 Fe2++0.50 mol·L-1 Fe3+时,随扫描速率的变化|ipa/ipc|值变化最小(|ipa/ipc|≈1.20). 同时,c(Fe3+ )/c(Fe2+ )也影响平衡电位,平衡电位随c(Fe3+ )/c(Fe2+ )增大而正移,电位从E1=0.501 V升至E5=0.565 V.  相似文献   

10.
本文采用p+/p-Si作为光阴极进行了光电化学电池和光助析氢电池的研究,光转换效率分别达到了7.4%(V2+/3+电对)和7.8%(Co—W修饰),并讨论了导致高效率的原因,强调了高-低结对于改善半导体光电极性能的重要性。  相似文献   

11.
Uhlir及Turner早在50年代就已发现[1,2],硅在HF溶液中阳极极化时,阳极电流大于某一特定值硅表面会发生电抛光反应,而低于这个值硅表面则会形成一层不同颜色的多孔硅层.1990年Canham发现多孔硅层在室温下有光致发光现象[3],受到科学界的高度重视,在世界范围内掀起了研究多孔硅的热潮[4].众多的研究表明,多孔硅的发光性能与其微孔的多少、大小和分布密切相关.但多孔硅要发展成为可实用的光电子材料,首先必须制备出微孔分布均匀,孔径及孔深可控的多孔硅材料.这就有必要弄清多孔硅的形成机理[5],了解硅在HF溶液中的溶解过程及机理.为此,本文对不同掺杂浓度不同导电类型的(111)晶面单晶硅在HF溶液中的电流-电压(I-V)、电容-电压(C-V)特性进行了研究,并对这些特性进行了分析.  相似文献   

12.
谢勇  钟贵明  龚正良  杨勇 《电化学》2015,21(2):123-129
采用溶胶凝胶及高能球磨制得Li3Fe2(PO4)3/C材料,利用多种物理及其电化学技术观察材料形貌,表征材料结构及电化学性能,用电化学原位XAFS等初步研究Li3Fe2(PO4)3/C超理论容量电化学反应机理. 结果显示,Li3Fe2(PO4)3/C的结构为单斜晶系,空间群P21/n. 2.0 ~ 4.0 V电位区间,10 mAh·g-1电流密度,Li3Fe2(PO4)3/C电极的首周期放电比容量为129 mAh·g-1,达到其理论容量. 若电位区间拓宽至2.0 ~ 4.95 V,其首周期放电比容量高达165 mAh·g-1,超出理论的“额外”容量30%. 电化学原位XAFS测试未观察到明显的Fe3+/Fe4+氧化还原对参与电化学反应,初步推测“额外”容量可能来自于该复合材料的高浓度表面缺陷.  相似文献   

13.
随着人们对电子通讯器件、新能源汽车以及电网级储能技术的需求日益增长,开发安全、高效且兼具环保、低成本等优点的二次电池显得至关重要。近年来,水系锌离子电池因其高安全性、高容量、低成本以及环境友好等优点受到了广泛关注。在与锌负极相匹配的众多正极材料中,具有多电子转移特性的钒基和锰基材料表现出了广阔的应用前景。然而这些正极材料在电池循环过程通常面临着结构坍塌、组分溶解、衍生副反应、反应动力学缓慢等问题,严重制约了其商业化进程。近年来,大量研究表明,客体离子或分子预嵌正极宿主结构可以有效缓解上述问题,提升水系锌离子电池正极材料的电化学性能。本文综述了客体预嵌策略应用于水系锌离子电池钒、锰基正极材料的研究进展,对该策略所解决的问题以及其局限性进行了讨论和总结,并对未来水系锌离子电池钒基和锰基正极材料的研究发展方向进行了展望。  相似文献   

14.
Electrical and optical properties of the ZnO film prepared by sol-gel dip coating were investigated and ZnO film was deposited onto p-type silicon to obtain Ag/ZnO/p-Si heterojunction diode. Two dimensional atomic force microscopy images indicate that the ZnO film is formed from the fibers consisted from nanoparticles with grain size of 250-350 nm. The electrical conductivity mechanism of the ZnO film was varied from extrinsic to intrinsic conductivity. The calculated optical band gap of the ZnO film was found to be 3.22 eV. The Ag/ZnO/p-Si diode exhibit a non-linear behavior with ideality factor of n = 4.17 and barrier height of ?B = 0.79 eV. The electrical properties of the Ag/ZnO/p-Si diode were investigated by current-voltage, capacitance-voltage-frequency and conductance-voltage-frequency measurements.  相似文献   

15.
水系锌离子电池(ZIBs)因安全性高、成本低、环境友好,以及负极锌高的理论容量(820 mAh·g-1)和低的氧化还原电位(-0.76 V vs.SHE)等优点而受到研究者们的广泛关注,有望应用于大规模储能领域,但循环寿命仍是限制其规模化应用的瓶颈之一。通过电解液优化调控策略,可有效抑制正极材料的溶解、结构坍塌和界面副反应等问题,从而提高水系ZIBs的电化学性能。本文综述了电解液调控策略提升水系ZIBs正极材料电化学性能的研究进展,讨论了该策略所解决的具体问题和局限性,并对电解液体系的发展方向进行了展望。  相似文献   

16.
可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能. 锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极. 本文开发了 2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池. 通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂 水系电解液中进行匹配, 得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池. 钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V 的放电电位, 约97 mA·h·g-1的比容量及10C的高倍率; 磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位, 约125 mA·h·g-1的比容量以及10C的高倍率. 虽然, 钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、 不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减, 但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力. 本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.  相似文献   

17.
运用共沉淀和元素化学沉积相结合的方法,制备出了具有Ag/C包覆层的层状富锂固溶体材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒流充放电、循环伏安(CV),电化学阻抗谱(EIS)和X射线能量散射谱(EDS)方法,研究了Ag/C包覆层对Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2电化学性能的影响.结果表明,Ag/C包覆层的厚度约为25 nm,Ag/C包覆在保持了固溶体材料α-NaFeO2六方层状晶体结构的前提下,显著地改善了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的电化学性能.在2.0-4.8 V(vs Li/Li+)的电压范围内,首次放电(0.05C)容量由242.6 mAh·g-1提高到272.4 mAh·g-1,库仑效率由67.6%升高到77.4%;在0.2C倍率下,30次循环后,Ag/C包覆的电极材料容量为222.6 mAh·g-1,比未包覆电极材料的容量高出14.45%;包覆后的电极材料在1C下的容量仍为0.05C下的81.3%.循环伏安及电化学交流阻抗谱研究表明,Ag/C包覆层抑制了材料在充放电过程中氧的损失,有效降低了Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2颗粒的界面膜电阻与电化学反应电阻.  相似文献   

18.
The influence of Cr on the electronic properties of the passive film on B30 alloy in NaOH solution was studied via electrochemical impedance spectra(EIS), potentiodynamic curve and Mott-Schottky plot. The Cr doped in the passive film on B30 alloy was detected by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). XPS results show that Cr2O3 appeared on the passive film, which implied the enhanced anti-corrosion of B30 alloy. The passive film showed a p-type semi-conductive character. The acceptor density(NA) was in an order of magnitude of 1022 cm-3, and NA decreased with the increment of Cr. EIS results show that the film resistance(Rf) increased with increasing the amount of Cr. The diffusion coefficient(D0) was calculated to be in a range of 10-16-10-17 cm-2/s on the basement of point defect model(PDM).  相似文献   

19.
高电压正极材料的应用是提高锂离子电池能量密度的有效手段,然而高电压下正极/电解液界面稳定性成为决定锂离子电池在高电压工作条件下循环性能和安全性能的关键因素,因此高电压下正极/电解液界面具有重要的研究价值. 但是,目前报道的正极/电解液界面的研究中通常使用传统的极片制备方法,这需要引入导电剂和粘结剂,会对后期正极活性物质表面钝化膜的形貌和组分表征带来干扰,甚至造成固体电解质界面(SEI)膜存在的假象,难以获得正极材料与电解液之间界面的本征信息. 这里,我们采用溶胶凝胶旋涂法制备了不含导电剂和粘结剂的镍锰酸锂(LNMO)正极,以其为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)技术,结合电化学阻抗谱(EIS)研究了LNMO正极/电解液界面在充放电过程中的结构演变过程以及本征性质. 研究结果显示在充放电过程中,电解液中溶剂和电解质都会参与反应,其中LiPF6的降解主要发生在高电压下,其降解产物在放电过程中又会被反应消耗掉. 它们的降解产物沉积到LNMO正极形成表面膜,该表面膜的主要成分随着电压的不同组分有所不同.  相似文献   

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