開發(fā)和利用可再生能源,對解決能源短缺和環(huán)境污染至關重要[1~5]
氫氣,是一種高能量密度和清潔的能源載體[3,6]
利用太陽能進行光
電化學分解水制氫,即將太陽能以化學鍵能的形式存儲,有極大的學術意義和重要的的應用價值[7~15]
半導體光電極是光電化學分解水制氫系統(tǒng)的核心組件,其性能影響光電化學電池的能量轉化效率
研發(fā)合適的
半導體材料和電極結構,可構建出高效光電極
CuO是一種金屬氧化物半導體,具有合適的帶隙(1.3~1.7 eV)和優(yōu)異的光吸收能力[16~19]
但是,CuO的載流子遷移率較低和壽命較短,使其光電流密度和能量轉換效率較低[20~25],極大地降低了CuO光陰極的光電催化分解水活性[26]
構建納米陣列結構,可增大載流子遷移距離和提高半導體光陰極材料的光吸收[27~31]
同時,光生載流子沿著垂直于軸線的方向分離,能抑制載流子的復合和提高光電流密度
目前,關于銅基氧化物納米陣列的制備已有報導
與用電沉積法制備Cu2O納米棒[32]、用射頻磁控濺射[33](Radio Frequency Magnetron Sputtering/RF-MS)制備納米結構的CuO不同,本文使用Cu靶和不同分壓的O2作為反應物,采用直流磁控濺射技術在磁控濺射腔體內(nèi)用原位熱氧化法在FTO基底上制備不同形貌的CuO納米陣列,通過改變CuO NAs的制備壓力、溫度和厚度調控其電子結構、晶體取向以及表面微觀形貌
1 實驗方法
以Cu靶為反應物,使用直流電源濺射,在Ar和O2的氣氛中改變FTO基底和磁控濺射腔體內(nèi)的溫度用原位熱氧化方式磁控濺射出梭形CuO納米陣列(CuO NAs)
梭形CuO NAs光陰極的制備流程,如圖1所示
圖1
圖1制備CuO NAs光陰極過程的示意圖
Fig.1Sketch map of the fabrication process for CuO NAs
基體原位加熱反應磁控濺射制備CuO納米陣列(CuO NAs),是將暴露面積為1 cm2的FTO導電玻璃放置在磁控濺射模板上,使用磁控濺射設備中的直流電源在Ar和O2的氣氛中濺射Cu靶(純度:99.995%,尺寸:?50.8×3 mm)對基片鍍膜
氧分壓為6%~94%,氣體總流量為80 sccm
靶材與鍍膜模板的距離約為10 cm,濺射功率恒為150 W,濺射時間為90 min
加熱燈溫度為300℃,工作壓力為1.0 Pa
濺射時,改變CuO NAs的晶體取向、形貌及厚度,控制氧分壓為50%,調控加熱燈溫度為100~500℃,濺射時間為15~120 min,工作壓力為1.0 Pa,其他參數(shù)保持不變
為了調控CuO NAs電子結構,參數(shù)為濺射功率恒定為150 W,濺射時間為90 min,氧分壓為50%,加熱燈溫度為400℃,工作壓力為1.0~8.5 Pa
使用極高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樣品表面和截面的微觀形貌;使用型號為D8 Discover的X射線衍射分析儀(XRD)分析樣品的晶體結構;使用型號為Escab-250的X射線光電子能譜儀(XPS)分析樣品表面的化學成分和元素狀態(tài);使用紫外可見吸收光譜儀測試薄膜CuO光電極樣品的光吸收,掃描的波長范圍為200~1000 nm
光電化學分解水及電化學特性的測試:測試光電流(CV曲線)時,使用石英電解槽作為測試容器,模擬太陽光光源為300 W的Xe燈,配備AM 1.5G的濾光片,光強調節(jié)為100 mW·cm-2
使用型號為EC-Lab VSP-300的電化學工作站中的三電極體系進行電化學測試,電解液為濃度為0.1 mol/L的KOH溶液(pH=13),工作電極為CuO光電極樣品,對電極和參比電極分別為Pt片以及商業(yè)化Ag/AgCl電極(飽和),掃速為10 mV·s-1,斬波時間間隔為1 s
在電壓為-0.4 V(相對于Ag/AgCl參比電極)的恒電位條件下測試電流-時間(I-T曲線),測試時間根據(jù)樣品的光電流密度衰減程度而定
根據(jù)測試時間和衰減速度選定斬波時間間隔,一般以1 min或5 min為一個時間節(jié)點,使用的電解液,為濃度為0.1 mol/L的KOH溶液(pH=13)
使用電解液為0.1 mol/L Na2SO4溶液(pH=7)測試莫特肖特基曲線(M-S曲線),交流頻率為1000 Hz
2 結果和討論2.1 薄膜表面的形貌和結構
控制氧分壓分別為6%,25%,50%,75%和94%濺射出系列CuO薄膜,研究氧分壓對成膜的形貌和組成相的影響
圖2給出了在不同氧分壓下制備的薄膜的SEM照片
可以看出,在6%的氧分壓下樣品成蓬松的海綿狀,厚度為15.50 μm,表面疏松多孔
氧分壓為25%的樣品呈塊狀,并未形成良好的晶體形貌,薄膜厚度為4.90 μm
氧分壓為50%~94%的樣品呈現(xiàn)出較好的晶體形貌
氧分壓為50%的樣品有充分生長的鱗狀結構
氧分壓為50%的樣品其厚度為1.80 μm
充分生長的鱗狀結構,可能為光電化學化學反應提供更多的反應位點
圖2
圖2氧分壓不同的樣品及其截面的SEM照片
Fig.2SEM images of samples fabricated under different oxygen partial pressure (a~e) the oxygen partial pressure was 6%, 25%, 50%, 75% and 94%, respectively, (f~j) corresponding cross-section pictures and the thickness of different samples was provided
圖3給出了XRD譜的數(shù)據(jù)結果
可以看出,氧分壓為6%的的樣品其成分以Cu和Cu2O為主,意味著Cu的不完全氧化
氧分壓為25%的樣品,其成分以Cu2O和CuO為主
因為薄膜較厚,基底FTO的衍射峰被掩蓋,而Cu2O的生成也意味著反應發(fā)生在欠氧環(huán)境中
高于50%的O2分壓就足以使反應在富氧條件下發(fā)生,制備出的CuO光陰極具有較高的結晶度,主峰為(11 1ˉ)
但是,隨著O2分壓的提高(11 1ˉ)和(20 2ˉ)峰位的峰強逐漸降低,意味著結晶度變差
這表明,50%是制備樣品的最優(yōu)氧分壓
圖3
圖3壓力為1.0 Pa、基底溫度為300oC,氧分壓分別為6%,25%,50%,75%,94%樣品的XRD譜
Fig.3XRD patterns of samples fabricated under the condition of a pressure of 1.0 Pa, the substrate temperature of 300oC, oxygen partial pressure of 6%, 25%, 50%, 75%, 94%, respectively
改變腔體內(nèi)加熱燈絲的溫度,可調控FTO基片和腔內(nèi)的溫度(反應溫度)
圖4給出了在不同溫度下制備的樣品的SEM照片
可以看出,溫度為200~300℃的CuO Nas其頂端具有明顯的鱗狀結構;溫度為200℃制備的樣品其鱗狀結構更加小而致密;溫度為300℃的樣品其鱗狀結構大而完整;溫度為400℃的樣品其側面呈羽毛狀,頂端尖銳,側邊有鋸齒;溫度為500oC的樣品最光滑平整
溫度為300℃制備的樣品,其厚度最小
圖4
圖4壓力為1.0 Pa,基底溫度分別為100℃,200℃,300℃,400℃,500℃的CuO NAs光陰極及其截面的SEM照片
Fig.4SEM images of samples fabricated under the condions of pressure of 1.0 Pa and substrate set temperatures of 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, respectively (a~e), and corresponding cross-section pictures (f~j) and the thickness of different samples was provided
圖5給出了對樣品的XRD分析結果
可以看出,在不同溫度區(qū)間內(nèi)CuO薄膜的晶體生長取向不同
溫度為100~300℃制備的樣品以(11 1ˉ)為主要暴露晶面,而溫度為400~500℃的樣品則以(111)為主要暴露晶面
這意味著,在低壓富氧環(huán)境中CuO在不同溫度下的生長規(guī)律不同
可以看出,溫度為300~400℃時,溫度的改變使CuO的暴露晶面由(11 1ˉ)轉變?yōu)?111)
特殊晶面的暴露,意味著不同的電荷分離能力和活性,據(jù)此可調控CuO的光電催化性能
圖5
圖5壓力為1.0 Pa,基底溫度分別為100℃,200℃,300℃,400℃,500℃的CuO NAs光陰極的XRD譜和CuO的標準卡片
Fig.5XRD patterns of samples fabricated under the conditions of pressure of 1.0 Pa and substrate temperatures of 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, respectively
改變?yōu)R射時間可控制光電極的厚度
濺射時間為15~120 min的樣品其形貌和截面(圖6)表明,樣品表面鱗片的比例隨著濺射時間的延長逐步提高,且其厚度也隨著時間的延長同步增加
從圖7可見,隨著濺射時間的延長薄膜的厚度增大、CuO的特征衍射峰強同步提高
圖6
圖6壓力為1.0 Pa、基底溫度為300℃、濺射時間分別為15 min、30 min、60 min、90 min、120 min的CuO NAs光陰極及其截面的SEM照片
Fig.6SEM images of CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a pressure of 1.0 Pa and the substrate temperature of 300℃ (a~e) the samples of different sputtering time, 15 min, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, respectively and (f~j) corresponding cross-section pictures, the thickness of different samples was provided
圖7
圖7壓力為1.0 Pa,基底溫度為300℃、濺射時間分別為15 min,30 min,60 min,90 min,120 min的CuO NAs光陰極的XRD譜
Fig.7XRD patterns of the CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a pressure of 1.0 Pa and the substrate temperature of 300℃ but of different sputtering time, 15 min, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, respectively
為了研究制備壓力對CuO NAs生長及性能的影響,在1.0~8.5 Pa范圍內(nèi)改變壓力制備出一系列樣品
樣品和截面的SEM形貌表明,壓力為1.0 Pa的樣品最厚,具有最好的晶體形貌,呈梭狀生長且結構更為松散,呈納米陣列排布
隨著制備壓力的提高CuO Nas的膜厚逐漸減小并且納米陣列的結構逐漸模糊
隨著制備壓力的提高,晶體的表面形貌變差(圖8)
圖9給出的XRD表征結果可進一步確認這一觀察結果
同時,隨著制備壓力在1.5~1.0 Pa的變化,CuO NAs的主峰也發(fā)生了轉變,從(11 1ˉ)晶面轉變?yōu)?111)晶面
同時,壓力為1.0 Pa制備的樣品具有最尖銳的衍射峰,表明其具有最好的結晶度,主要在(111)晶面擇優(yōu)生長
圖8
圖8基底溫度為400℃,濺射時間為90 min,壓力分別為1.0 Pa、1.5 Pa、4.1 Pa、8.5 Pa的CuO NAs光陰極及其截面的SEM照片
Fig.8SEM images of CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a substrate temperature of 400℃, sputtering time of 90 min (a~d) working pressure was 1.0 Pa, 1.5 Pa, 4.1 Pa, 8.5 Pa, respectively, (e~h) corresponding cross-section pictures, the thickness of different samples was provided
圖9
圖9基底溫度為400℃,濺射時間為90 min,壓力分別為1.0 Pa、1.5 Pa、4.1 Pa、8.5 Pa的CuO NAs光陰極的XRD譜
Fig.9XRD patterns of CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a substrate temperature of 400℃, sputtering time of 90 min, working pressure of 1.0 Pa, 1.5 Pa, 4.1 Pa, 8.5 Pa, respectively
2.2 薄膜的吸收光譜
圖10給出了光吸收測試結果
可以看出,隨著厚度的增加光吸收率隨之提高,更高的光吸收意味著產(chǎn)生了更多的光生載流子
圖11a給出了在不同壓力下制備的樣品的UV-Vis吸收光譜測試結果,以表征不同樣品的光吸收能力,并通過Tauc圖確立了不同樣品的帶隙(圖11b)
通過對比可以發(fā)現(xiàn),壓力為1.0 Pa的樣品具有最松散梭形納米陣列結構和最好的光吸收能力,包括較高的吸光強度和寬的吸光范圍
這與其特殊的納米陣列結構和自身電子結構密不可分
圖10
圖10制備壓力為1.0 Pa,基底設定溫度為300℃,濺射時間分別為15 min、30 min、60 min、90 min、120 min的CuO NAs光陰極的紫外和可見光吸收譜
Fig.10UV-visible absorption spectra of the CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a pressure of 1.0 Pa and the substrate temperature of 300℃, sputtering time of 15 min, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, respectively
圖11
圖11基底溫度為400℃,濺射時間為90 min,壓力分別為1.0 Pa、1.5 Pa、4.1 Pa、8.5 Pa的CuO NAs光陰極的紫外和可見光吸收譜以及對應的Tauc圖
Fig.11UV-visible absorption spectra (a) and Tauc plot of the CuO NAs photocathodes fabricated with a condition of a sputtering time of 90 min and the substrate temperature was set at 300℃ but of different working pressure of 1.0 Pa, 1.5 Pa, 4.1 Pa, 8.5 Pa, respectively (b)
2.3 薄膜光電化學分解水的性能
圖12給出了在不同氧分壓下制備的樣品在0.1 mol/L KOH溶液中的光電化學測試結果和在斬波條件下對應的LSV曲線
由圖12并結合XRD分析結果,氧分壓為6%的樣品其成分以Cu為主,因此沒有光響應能力
氧分壓為25%的薄膜樣品雖然以CuO和Cu2O為主,但是其厚度(4.90 μm)遠遠超過了其載流子傳輸距離,且其較差的結晶度和塊狀結構都不利于光生載流子的分離,因此其光響應也很弱
氧分壓高于50%的樣品,其光響應迅速提高
其原因是,高濃度的氧有利于合成p型CuO,且富氧條件有利于生成銅空位從而提高受主摻雜濃度(Na)
氧分壓為50%下制備的樣品具有最高的光電流密度,其最大光電流密度在0.4 V時(vs. RHE)達到了2.4 mA·cm-2
圖12
圖12壓力為1.0 Pa,基底溫度為300℃,氧分壓分別為6%、25%、50%、75%、94%樣品的光電流密度隨施加電壓的變化,電解液為0.1 mol/L KOH水溶液,電極面積為1 cm2
Fig.12Applied potential bias-dependent photocurrent density curves of samples fabricated under the condition of a pressure of 1.0 Pa and the substrate temperature of 300℃, oxygen partial pressure of 6%, 25%, 50%, 75%, 94%, measured in 0.1 mol/L KOH aqueous solution and the area of photoelectrode was 1 cm2
為了研究晶面暴露對光陰極光電催化分解水活性的影響,在0.1 mol/L的KOH中測試了光電化學分解水的性能(圖13)
在0.1 mol/L的KOH溶液中,CuO光陰極在較正的電位下產(chǎn)生較高的光電流密度
可以看出,制備溫度為300℃的樣品其光電流密度最高(圖13),因為發(fā)育較好的鱗狀結構促進了光生載流子的分離
制備溫度為400oC的樣品在更正的電位下產(chǎn)生較高的光電流密度,且與其他樣品相比(約0.97 V vs. RHE),其起始電位最低(約為1.12 V vs. RHE)
圖13
圖13壓力為1.0 Pa、基底溫度分別為100℃、200℃、300℃、400℃、500℃的CuO NAs光陰極的光電流密度與施加電壓的關系,電解液為0.1 mol/L KOH水溶液,電極面積為1 cm2
Fig.13Applied potential bias-dependent photocurrent density curves of samples fabricated under the conditions of pressure of 1.0 Pa, substrate temperatures of 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, respectively, measured in 0.1 mol/L KOH aqueous solution, the area of photoelectrode was 1 cm2
用不同厚度樣品進行了光電化學分解水測試
結果表明,濺射時間為15~90 min的樣品其光吸收的增強使光電流密度提高(圖14)
雖然納米陣列結構樣品其橫向載流子分離能力很好,能在一定程度上避免縱向光生載流子復合,但是即使光生電子能快速轉移,光生空穴的傳輸距離還是受到厚度的限制
光電化學性能測試結果表明,濺射90 min的樣品(厚度1.80 μm)其光電流密度最高(2.4 mA·cm-2)
繼續(xù)延長濺射時間至120 min,樣品的厚度為增大到2.60 μm,其吸光強度雖然提高了但是其光電化學活性反而降低(圖14)
圖14
圖14壓力為1.0 Pa,基底溫度為300℃,濺射時間分別為15 min、30 min、60 min、90 min、120 min的CuO NAs光陰極的光電流密度與電壓的關系,電解液為0.1 mol/L KOH水溶液,電極面積為1 cm2
Fig.14Applied potential bias-dependent photocurrent density curves of the CuO NAs photocathodes fabricated under the conditions of a pressure of 1.0 Pa and the substrate temperature of 300℃, sputtering time of 15 min, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, respectively, measured in 0.1 mol/L KOH aqueous solution, the area of photoelectrode is 1 cm2
測試了不同結晶度和晶面暴露樣品的光電化學分解水性能
結果表明,線性極化(LSV)曲線表征了光電流密度的大小,縱深的納米陣列結構可提高光吸收強度從而實現(xiàn)更高的能量利用率
同時,納米陣列結構比平面結構提供了更多可能的活性位點
光生載流子沿著垂直軸線的方向轉移,從而不受到載流子遷移長度的限制
壓力為1.0 Pa和1.5 Pa的樣品均具有較好的納米陣列結構,在本對照組內(nèi)光電流最大(1.83 mA·cm-2)(圖15a),可能與其(11 1ˉ)晶面的暴露和較好的納米陣列排布有關
而壓力為1.0 Pa的樣品在較低的電位下就產(chǎn)生了較高的光電流
同時,樣品在斬波下的穩(wěn)定性測試結果表明,在70 min的穩(wěn)定性測試中,壓力為1.0 Pa的樣品在產(chǎn)生較高光電流的同時,在沒有保護層和助催化劑修飾的情況下其光電流衰減率最低(圖15b)
圖15
圖15基底定溫度為400℃,濺射時間為90 min,壓力分別為1.0 Pa、1.5 Pa、4.1 Pa、8.5 Pa的CuO NAs光陰極的線性極化曲線和光電流隨時間的變化,電解液為0.1 mol/L KOH水溶液,電極電位為0.56 V(vs. RHE),電極面積為1 cm2
Fig.15Applied potential bias-dependent photocurrent density curves (a) and Time dependent photocurrent density curves (b) of CuO NAs photocathodes fabricated under the conditions of a substrate temperature of 400℃, sputtering time of 90 min, pressure of 1.0 Pa, 1.5 Pa, 4.1 Pa, 8.5 Pa, respectively, measured in 0.1 mol/L KOH aqueous solution at 0.56 V (vs. RHE), the area of photoelectrode was 1 cm2
2.4 討論
因為CuO光陰極中的電荷分離較難,通過原位基體加熱反應磁控濺射制備了具有更強光捕獲能力和載流子分離和轉移能力的CuO NAs光陰極,通過控制氧分壓、基底溫度、制備壓力以及濺射時間制備了具有不同相組成、晶體形貌、晶體生長取向、晶面暴露、厚度以及電子結構的CuO NAs光陰極
優(yōu)化的CuO NAs光陰極其光電流密度達到2.4 mA·cm-2(0.4 V vs. RHE)
在此過程中,通過觀察不同樣品的微觀形貌和電化學測試,探究了優(yōu)化光電化學性能的原因
1. 高于25%的氧分壓可制備出純CuO相,氧分壓為50%的樣品具有最好的結晶度,從而與同一對照組其他樣品相比其光電流密度最高;2. 樣品的基底溫度在100℃~500℃變化時,以300℃為轉變點其樣品的主峰晶面從(11 1ˉ)向(111)轉變,在300℃制備的樣品其飽和光電流密度最高,而在400℃制備的樣品其開路電壓(Voc)最高
制備時間為90 min的樣品具有最高的光電流密度
3. 壓力為1.0 Pa的樣品在較正的電位下具有較高的光電流密度和最高的光電催化分解水穩(wěn)定性
為了進一步理解不同光電極間光電化學行為的差異,根據(jù)莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲線測量了在不同壓力下樣品的平帶電位和載流子濃度(圖16)
根據(jù)莫特-肖特基關系式
εεNd=2/e0εε0[d(1/C2)/dV]-1
計算出施主濃度
其中 e0為電子電荷, ε為CuO的相對介電常數(shù)(ε=18.1,整體CuO的典型值), ε0為真空介電常數(shù),C為電容,V為對電極施加的電極電位
公式表明,電荷載流子濃度與Mott-Schottky曲線的斜率成反比
Mott-Schottky曲線的直線段與X軸的交點對應平帶電位(費米能級)的位置
可以發(fā)現(xiàn),壓力為1.0 Pa的樣品具有最正的平帶位(Efb)和最高的載流子濃度(4.68×1021 cm-3),這可能使其具有最低的光電流起始電位和在較正電位下較高的光電流密度
圖16
圖16基底溫度為400℃、濺射時間為90 min、制備壓力分別為1.0 Pa、1.5 Pa、4.1 Pa和8.5 Pa的CuO NAs光陰極的莫特-肖特基曲線
Fig.16Mott-Schottky curves of the CuO NAs photocathodes fabricated under the condition of a sputtering time of 90 min, the substrate temperature of 300℃, pressure of 1.0 Pa, 1.5 Pa, 4.1 Pa, 8.5 Pa, respectively
3 結論
(1) 用原位基體加熱反應磁控濺射方法可制備一種CuO陣列結構,改變氧分壓、濺射時間、工作壓力和基底溫度可制備具有不同晶體取向結構和電子結構的CuO納米陣列結構光陰極
(2) 較高的氧分壓(50%)有利于制備純相p型CuO光電極
暴露(11 1ˉ)晶面可提高CuO光電極的起始電位,而暴露(111)晶面則有利于提高光電流密度
合適的鱗狀結構比例有利于提高CuO光電極的光電流密度;
(3) 改變制備壓力可調控p型CuO光陰極的電子結構從而提高其性能,在盡可能的低壓(1.0 Pa)條件下能制備出最優(yōu)光電化學分解水性能
優(yōu)化后的CuO 納米陣列光陰極在0.4 V (vs. RHE)條件下其光電流密度可達2.4 mA·cm-2
參考文獻
View Option 原文順序文獻年度倒序文中引用次數(shù)倒序被引期刊影響因子
[1]
Wang Y., Schwartz J., Gim J., et al.
Stable unassisted solar water splitting on semiconductor photocathodes protected by multifunctional GaN nanostructures
[J]. Acs Energy Lett, 2019, 4(7): 1541
DOIURL [本文引用: 1]
[2]
Li D., Liu Y., Shi W., et al.
Crystallographic-orientation-dependent charge separation of BiVO4 for solar water oxidation
[J]. Acs Energy Lett, 2019, 4(4): 825
DOIURL
[3]
Cheng W. H., Richter M. H., May M. M., et al.
Monolithic photoelectrochemical device for direct water splitting with 19% efficiency
[J]. Acs Energy Lett, 2018, 3(8): 1795
DOIURL [本文引用: 1]
[4]
Hsu M. -H.,Lee W. -J.,Kuang J. -H., et al.
Wind energy
[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2013, 13(1): 759686
[5]
Grandin K., Jagers P., Kullander S.
Nuclear energy
[J]. Ambio, 2010, 39(26): 26
DOIURL [本文引用: 1]
[6]
Luo J.,, Im J. -H.,Mayer M. T., et al.
Water photolysis at 12.3% efficiency via perovskite photovoltaics and Earth-abundant catalysts
[J]. Science, 2014, 345(6204):1593
DOIURL [本文引用: 1]
[7]
Zhu S., Wang, Photocatalysis D. :
Basic principles, diverse forms of implementations and emerging scientific opportunities
[J]. Adv Energy Mater, 2017, 7(23): 1700841
DOIURL [本文引用: 1]
[8]
Qi J., Zhang W., Cao R.
Solar-to-hydrogen energy conversion based on water splitting
[J]. Adv Energy Mater, 2018, 8(5): 1701620
DOIURL
[9]
Low J., Jiang C., Cheng B., et al.
A review of direct Z-scheme photocatalysts
[J]. Small Methods, 2017, 1(5): 1700080
DOIURL
[10]
Liu X., Inagaki S., Gong J.
Heterogeneous molecular systems for photocatalytic CO2 reduction with water oxidation
[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55(48): 14924
DOIURL
[11]
Liu J., Hodes G., Yan J. Q., et al.
Metal-doped Mo2C (metal = Fe, Co, Ni, Cu) as catalysts on TiO2 for photocatalytic hydrogen evolution in neutral solution
[J]. Chinese J. Catal., 2021, 42(01): 205
DOIURL
劉 晶, 蓋瑞侯得, 閆俊青 等.
金屬(Fe,Co,Ni,Cu)摻雜的Mo2C催化劑在TiO2表面用于中性條件光催化分解水產(chǎn)氫
[J]. 中國催化學報, 2021, 42(01): 205
[12]
Liu Y. J., Geng L., Kang Y., et al.
Odd‐membered cyclic hetero‐polyoxotitanate nanoclusters with high stability and photocatalytic H2 evolution activity
[J]. Chinese J. Catal., 2021, 42(08): 1332
DOIURL
劉雅潔, 耿 琳, 康 遙 等.
具有高穩(wěn)定性以及光催化產(chǎn)氫活性的奇數(shù)環(huán)狀異金屬鈦氧納米團簇
[J]. 中國催化學報, 2021, 42(08): 1332
[13]
Zhou D. H., Fan K.,
Recent strategies to enhance the efficiency of hematite photoanodes in photoelectrochemical water splitting
[J]. Chinese J. Catal., 2021, 42(06): 904
DOIURL
周定華, 范 科.
提高氧化鐵光電催化分解水效率的策略進展
[J]. 中國催化學報, 2021, 42(06): 904
[14]
Xie L., Wang P., Li Z. F., et al.
Hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of CuO/ZnO composite photocatalyst
[J]. Chin. J. Mater. Res., 2019, 33(10): 728
謝 亮, 王 平, 李之鋒 等.
CuO/ZnO復合光催化劑的制備和性能
[J]. 材料研究學報, 2019, 33(10): 728
[15]
Zhu X. D., Wang J., Ma Y., et al.
Influence of heat treatment on photocatalytic activity of Ag-ZnO heterostructure
[J]. Chin. J. Mater. Res., 2020, 34(10): 770
[本文引用: 1]
朱曉東, 王 娟, 馬 洋 等.
熱處理對Ag-ZnO異質結構光催化性能的影響
[J]. 材料研究學報, 2020, 34(10): 770
DOI [本文引用: 1]
用溶膠-凝膠法制備純ZnO和Ag修飾ZnO復合光催化劑,并分別對其進行了400℃、450℃、500℃保溫2 h的熱處理
使用XRD、SEM、TEM、XPS、PL、BET等手段對其進行了表征
結果表明,純ZnO和Ag修飾ZnO均為六方纖鋅礦晶型,Ag顆粒沉積在ZnO表面形成了Ag-ZnO異質結構
以羅丹明B為目標污染物研究了樣品的光催化活性
結果表明,熱處理溫度對純ZnO的光催化性能的影響較大,在450℃熱處理后光催化效果最佳;熱處理溫度對Ag修飾ZnO的光催化性能沒有顯著的影響;Ag修飾ZnO比純ZnO的光催化活性均有所提高,因為Ag修飾提高了ZnO表面羥基的含量并抑制了光生電子與空穴的復合
在500℃熱處理后Ag修飾ZnO對羅丹明B的60 min降解率達到98%,其反應速率常數(shù)為0.063 min<sup>-1</sup>
[16]
Jundale D. M., Joshi P. B., Sen S., et al.
Nanocrystalline CuO thin films: synthesis, microstructural and optoelectronic properties
[J]. J Mater Sci-Mater El, 2012, 23(8): 1492
DOIURL [本文引用: 1]
[17]
Wang Z., Zhang L., Schülli T. U., et al.
Identifying copper vacancies and their role in the CuO based photocathode for water splitting
[J]. 2019, 58(49): 17604
[18]
Septina W., Prabhakar R. R., Wick R., et al.
Stabilized solar hydrogen production with CuO/CdS heterojunction thin film photocathodes
[J]. Chem. Mater., 2017, 29(4): 1735
DOIURL
[19]
Kunturu P. P., Huskens J.
Efficient solar water splitting photocathodes comprising a copper oxide heterostructure protected by a thin carbon layer
[J]. Acs Appl Energ Mater, 2019, 2(11): 7850
DOIURL [本文引用: 1]
[20]
Hardee K. L., Bard A.
J. Semiconductor Electrodes: X. Photoelectrochemical behavior of several polycrystalline metal oxide electrodes in aqueous solutions
[J]. J. Electrochem. Soc., 1977, 124(2): 215
DOIURL [本文引用: 1]
[21]
Guha S., Peebles D., Wieting T.
J. Zone-center (q=0) optical phonons in CuO studied by Raman and infrared spectroscopy
[J]. Physical Review B, 1991, 43(16): 13092
PMID
[22]
Forsyth J. B., Hull S.
The effect of hydrostatic pressure on the ambient temperature structure of CuO
[J]. J. Phys.: Condens. Matter, 1991, 3(28): 5257
DOIURL
[23]
Wang S. Q., Huo W. Y., Xu Z. C., et al.
Fabrication of films of Co doped TiO2 nanotube array and their photocatalytic reduction performance
[J]. Chin. J. Mater. Res., 2020, 34(3): 176
王世琦, 霍文燚, 徐正超 等.
鈷摻雜TiO2納米管陣列薄膜的制備及其光催化還原性能
[J]. 材料研究學報, 2020, 34(3): 176
DOI
用磁控濺射法在ITO玻璃基底上制備Ti-Co合金薄膜,對其陽極氧化處理制備出鈷摻雜TiO<sub>2</sub>納米管陣列薄膜,研究了鈷摻雜對納米管陣列薄膜的形貌、結構、吸收光譜以及光催化還原性能的影響
結果表明:鈷摻雜TiO<sub>2</sub>納米管陣列薄膜為銳鈦礦相,管狀陣列的管徑均一、排列規(guī)整
鈷摻雜使薄膜形成(001)擇優(yōu)取向
隨著鈷摻雜量的提高,薄膜吸收可見光的能力提高
鈷含量(原子分數(shù))為0.19%的薄膜光催化性能最優(yōu),可見光照150 min后對Cr(VI)的還原率可達98.4%
[24]
Wang Z. M., Zhu X. L., Li Y. M., et al.
Effect of B and Ru co-modification on structure and photocatalytic activity of TiO2 nanotubes
[J]. Chin. J. Mater. Res., 2018, 32(9): 655
王竹梅, 朱曉玲, 李月明 等.
B和Ru共改性對TiO2納米管陣列的結構和光催化性能的影響
[J]. 材料研究學報, 2018, 32(9): 655
[25]
Xue W. H., Chang W. X., Hu X. Y., et al.
2D mesoporous ultrathin Cd0.5Zn0.5S nanosheet: Fabrication mechanism and application potential for photocatalytic H2 evolution
[J]. Chinese J. Catal., 2021, 42(01): 152
DOIURL [本文引用: 1]
薛文華, 常文茜, 胡曉云 等.
二維介孔超薄Cd0.5Zn0.5S納米片:形成機制及光催化分解水制氫性能
[J]. 中國催化學報, 2021, 42(01): 152
[本文引用: 1]
[26]
Samarasekara P.,, Arachchi M. A. K. M.,Abeydeera A. S., et al.
Photocurrent enhancement of d.c. sputtered copper oxide thin films
[J]. Bull. Mater. Sci., 2005, 28(5): 483
DOIURL [本文引用: 1]
[27]
Kayes B. M., Atwater H. A., Lewis N.
S. Comparison of the device physics principles of planar and radial p-n junction nanorod solar cells
[J]. J. Appl. Phys., 2005, 97(11): 114302
DOIURL [本文引用: 1]
[28]
Iles P.
A. Diffusion length measurement and silicon quality
[J]. Solar Cells, 1982, 7(1): 79
DOIURL
[29]
Chen C. J., Yeh C. Y., Chen C. H., et al.
Molybdenum tungsten disulfide with a large number of sulfur vacancies and electronic unoccupied states on silicon micropillars for solar hydrogen evolution
[J]. Acs Appl Mater Inter, 2020, 12(49): 54671
DOIURL
[30]
Lee M. H., Takei K., Zhang J., et al.
p-Type InP nanopillar photocathodes for efficient solar-driven hydrogen production
[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51(43): 10760
DOIURL
[31]
Hochbaum A. I., Yang P.
Semiconductor Nanowires for Energy Conversion
[J]. Chem. Rev., 2010, 110(1): 527
DOIPMID [本文引用: 1]
[32]
Luo J., Steier L., Son M. K., et al.
Cu2O nanowire photocathodes for efficient and durable solar water splitting
[J]. Nano Lett., 2016, 16(3): 1848
DOIURL [本文引用: 1]
[33]
Masudy-Panah S., Siavash Moakhar R., Chua C. S., et al.
Nanocrystal engineering of sputter-grown CuO photocathode for visible-light-driven electrochemical water splitting
[J]. Acs Appl Mater Inter, 2016, 8(2): 1206
DOIURL [本文引用: 1]
Stable unassisted solar water splitting on semiconductor photocathodes protected by multifunctional GaN nanostructures
1
2019
聲明:
“CuO納米陣列結構光陰極的制備及其光電化學分解水的性能” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)