偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质

基于TiO2/Ti电极在含Cu2+溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO2平整表面制备出Cu2O和/或Cu颗粒.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征,发现Cu2O和Cu有不同的生长机制:Cu2O颗粒在TiO2表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构.这是由于在Cu2O/TiO2界面和Cu/TiO2界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同.与纯TiO2光阳极比较,可以观察到Cu2O/TiO2和Cu/TiO2异质结构的光电流均有显著增强.特别地,存在一个电压区间使得Cu2O和Cu同时生长在TiO2表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流-电压特性曲线均显示,Cu2O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO2在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率.此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.     

偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质

基于TiO₂/Ti 电极在含Cu²⁺溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO₂平整表面制备出Cu₂O和/或Cu颗粒. 通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征,发现Cu₂O和Cu有不同的生长机制：Cu₂O颗粒在TiO₂表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构. 这是由于在Cu₂O/TiO₂界面和Cu/TiO₂界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同. 与纯TiO₂光阳极比较,可以观察到Cu₂O/TiO₂和Cu/TiO₂异质结构的光电流均有显著增强. 特别地,存在一个电压区间使得Cu₂O和Cu同时生长在TiO₂表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大. 紫外-可见（UV-Vis）漫反射光谱、电化学阻抗谱（EIS）和光电流-电压特性曲线均显示,Cu₂O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO₂在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率. 此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.     

二氧化钛纳米膜电极的形貌和光电化学性质

采用两种不同粒度的国产TiO2纳米材料和进口TiO2P25粉末,以涂覆法分别在导电玻璃基底上制备出TiO2纳米膜电极.通过循环伏安、瞬态光电流时间谱,结合SEM、DRS、XRD等实验手段,分析比较了三种TiO2膜电极的形貌和光电化学性质,探讨了提高和改善电极性能的途径.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列制备及其光电化学性质

应用电化学阳极氧化法,以Fe(NO3)3-HF的混合水溶液作电解液在Ti基底上制备Fe掺杂TiO2纳米管阵列.FESEM、Raman、XPS、DRS等测试表明:经Fe掺杂的TiO2纳米管阵列,管径50~90 nm,管长约200nm.与未掺杂TiO2纳米管阵列相比,前者的紫外可见起始吸收带边随着Fe掺入量的增加而红移;而光电化学性质如光电流也随之显著提高.     

CdS和CdSe薄膜的制备及其光电化学性质

本文采用简易的化学水浴沉积法和自牺牲模板法制备CdS、CdSe薄膜,对两种薄膜进行了XRD表征,比较了两种薄膜的紫外吸收光谱并研究了CdS、CdSe薄膜作为太阳能电池中的光阳极时所产生的光电流和光电压,对两种薄膜的电化学性能进行了比较.     

A Novel Regeneration Metod of Cu（0）—deposited TiO2 Photocatalytic Film：Air—assisted Electrochemical Oxidation

A rapid deactivation of TiO2 film was observed in the process of the photocatalytic degradation of formic acid in the presence of Cu（Ⅱ） due to the deposition of Cu(0), A novel regeneration method ,air-assisted electrooxidation,Could efficiently retrieve the photocatalytic activity of the deact ivated film.HNO3 medium has a regeneration extent of 97.2% for first run, much higher than that of HCl and H2SO4 mediums.     

染料在纳米TiO2薄膜表面吸附性能的研究

采用溶胶－凝胶法制备纳米TiO2薄膜，并通过吸附染料形成染料／TiO2复合薄膜。分析了染料与TiO2薄膜的相互关系，利用紫外可见、比表面等技术研究染料在纳米TiO2薄膜表面的吸附性能，并计算出TiO2薄膜对染料的最大吸附率。研究表明，染料溶液浓度、温度以及TiO2薄膜浸泡时间对染料吸附量有着显著的影响，染料的吸附性能直接影响着太阳能电池的光电转换效率。     

在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu2O/g-C3N4异质结膜

近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.     

SiW12、PbS对提高TiO2纳米管光电转换效率的协同效应研究

复合薄膜可以改善TiO2纳米管在光电转换时电子-空穴易复合和吸收光谱范围窄的缺陷。用电沉积法将多酸H4SiW12O40（SiW12）沉积在TiO2纳米管表面形成SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,再用连续离子层吸附反应法（SILAR）将PbS吸附到SiW12 /TiO2纳米管复合薄膜表面,形成PbS/ SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,所得薄膜的光电转换效率相较于TiO2纳米管提高了57倍。X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征结果表明,用电沉积法和连续离子层吸附反应法实现了PbS/SiW12/TiO2纳米管复合薄膜的制备;紫外可见（UV-vis）吸收光谱测试表明,复合薄膜的光吸收带边扩展到了可见光区域,电化学阻抗测试（EIS）表明,复合薄膜具有更高的电子转移速率;荧光光谱（PL）测试表明,复合薄膜拥有更小的电子-空穴复合率。以上结果说明,SiW12、PbS与TiO2纳米管复合,很好地抑制了TiO2纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,能显著地提高TiO2纳米管的光电性能。本文探索了一种有效提高TiO2纳米管光电转换效率的方法,对TiO2纳米管复合薄膜的制备具有一定的参考意义。     

电沉积Cu2xIn2-2xSe2薄膜的光电化学研究

用电沉积法制得Cu_2xIn_2-2xSe₂(铜铟硒)(0[1]并用EDAX对其组成进行分析。对薄膜电极的光电化学性能、光谱响应、能隙与x的依赖关系进行了研究。借助于现场微区扫描光电流谱观察了热处理、薄膜厚度、光极化对薄膜电极的光电性能影响。研究了Pb(NO₃)₂有效的浸渍对薄膜光电性能的影响。     

二氧化碳在铜氧化膜电极上的光电化学还原

本文研究了CO_2在铜阳极氧化膜电极上的光电化学还原行为,在还原电量小于0.1C时,CH_4 的产率较高;还原电量大于2.0C时,主要还原产物为CH_3OH,还对CH_4的产率随外加电位、还原电量和铜阳极氧化膜制备条件的变化关系进行了研究,并对其还原机理作了初步探讨。     

煅烧温度对阳极氧化WO3多孔薄膜的形貌及光电化学性能的影响

采用一步式阶跃电压加压方法,在NH4F/(NH4)2SO4电解质溶液中对W片进行阳极氧化处理制备了WO3多孔薄膜,通过后续热处理温度的控制,制备了性能规律性变化的WO3多孔纳米薄膜材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)分析等手段考察了热处理温度对氧化钨晶体结构和形貌影响的规律,在450°C以下的煅烧温度下,薄膜保持50-100nm孔径;通过对光电化学性质、光催化降解甲基橙动力学行为的研究,考察了不同热处理温度对WO3多孔薄膜光电转换性能影响的规律.研究表明,450°C煅烧处理后的WO3薄膜在500W氙灯光源照射及1.2V偏压下,光电流密度达到5.11mA·cm-2;340及400nm单色光辐射下光电转换效率(IPCE)值分别达到87.4%及22.1%.电化学交流阻抗谱显示,450°C煅烧处理后的WO3薄膜表现出最佳的导电率及最小的界面电荷转移电阻.实验结果证明,高结晶度的多孔结构是WO3薄膜具有高光电转换效率的主要因素,控制热处理温度是实现薄膜具有高孔隙率、完整结晶度、低电阻的重要手段.     

TiO2修饰的镍基光电极的制备及光电化学性能

通过溶胶 凝胶法，直接在导电的金属镍基上制备多孔TiO2纳米薄膜，利用STM观察电极的表面形貌，所制TiO2粒径约为20～80 nm，随着烧结温度的升高，TiO2纳米薄膜表面孔的数量增多、孔径增大.用循环伏安法分析了电极的光电化学性能，结果表明，电极的光电响应随烧结温度的升高和薄膜厚度的增加而增大.     

氧化石墨烯薄膜的光电化学性质

用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO), 在质子化的氧化铟-氧化硒导电玻璃基片上制备了静电自组装薄膜, 通过紫外-可见光谱和扫描电镜对薄膜进行了表征并研究了薄膜的光电化学性质. 结果表明, GO薄膜是一种稳定的光电阴极材料, 在光强为100 mW/cm²的白光照射下, 偏压为－0.4 V时, 0.1 mol•L^－1的Na₂SO₄溶液中薄膜电极的光电流密度达3.72 μA/cm².     

石墨烯氧化物薄膜电极的光电化学特性

采用浸渍-提拉法制备了一系列石墨烯氧化物(GO)薄膜,并通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),傅里叶变换红外光谱,紫外-可见吸收光谱和光电化学测量等技术对样品进行了表征.在GO电极上观察到阴极光电流,且光电流密度受薄膜的厚度影响.GO薄膜电极厚度为27nm时,光电流密度为0.25μA·cm-2.此外,GO电极的光电响应还受紫外光照影响,随着紫外光照时间的延长,阴极光电流逐渐减小.该工作提供了简便的通过控制薄膜厚度或紫外光照时间来控制GO薄膜半导体光电化学性能的方法.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO2纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu2O纳米颗粒修饰改性TiO2纳米管阵列,形成Cu2O/TiO2纳米管异质结复合材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,重点研究了Cu2O/TiO2纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙(MO)的可见光催化降解性能.结果表明,Cu2O纳米颗粒均匀附着在TiO2纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu2O/TiO2纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol?L-1的CuSO4溶液中制得的Cu2O/TiO2纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu2O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.