光电池α-Fe_2O_3阳极及PbTiO_3阴极的表面改性对光电转换效率的影响

【摘要】利用半导体材料光解水制氢是将丰富的自然物质转变为能量来源的一种好方法。对光解水来说，要求光电极具有光电转换效率高、可见光响应好、价格低廉、环境友好、性质稳定等优点。本文研究了用于光解水的α-Fe2O3薄膜光阳极及表面Fe（III）掺杂与嫁接的PbTiO3薄膜光阴极的制备及其光电化学特性。（1）使用溶胶-凝胶法制备了α-Fe2O3薄膜，研究了氢氟酸浸蚀薄膜表面对其光电化学性质的影响。实验发现，薄膜表面的孔洞和间隙随着氢氟酸浸蚀时间的增长而发生变化。氢氟酸浸蚀5分钟，α-Fe2O3电极的光电流降低；随后随浸蚀时间增加而迅速增加；当浸蚀时间大于15分钟时，其光电流再次下降，但对浸蚀过的样品再退火处理可以使光电流大幅增加。通过电化学交流阻抗谱，拉曼和X射线光电子能谱分析，我们提出了两个影响光电流的因素：氢氟酸表面浸蚀造成薄膜表面的多孔性和结晶度的降低。为此，我们通过示意图解释了结合浸蚀和退火后处理两个步骤来增强α-Fe2O3薄膜光解水电极光催化活性的原理。相对于初始的α-Fe2O3电极，浸蚀并且再退火处理后，其光电性质更加稳定，光解水的法拉第效率可达90%。（2）使用溶胶-凝胶法在ITO石英玻璃基片上制备了PbTiO3薄膜，研究了表面Fe（III）离子掺杂和嫁接对其光电性质的影响。实验发现，表面Fe（III）离子掺杂和嫁接都可以有效地提高PbTiO3薄膜的光电流。通过透射光谱以及光电转换效率（IPCE）测试发现，表面Fe（III）离子掺杂可以使PbTiO3薄膜禁带宽度变窄并增强其对可见光的吸收；再在样品表面嫁接Fe（III）离子后，通过电化学阻抗谱发现，Fe（III）离子的表面嫁接可以有效地提高光阴极/电解质界面上的载流子传输。通过这种方法，在将样品薄膜置于0.1MNa2SO4溶液中，以饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极并使用100mW/cm2的氙灯进行照射时，发现在未施加偏压的条件下，样品的光电流密度可从38A/cm2增加到220A/cm2。
【作者】胡玉祥；
【导师】沈明荣；方亮；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】α-Fe2O3；HF腐蚀；Fe（III）掺杂与嫁接；PbTiO3；光电化学性能；

【参考文献】
[1]霍秉坤.教科书使用取向的核心:教师专业发展[J].湖南师范大学教育科学学报,2015,02:23-35+49.
[2]井实,黄琦,甄威,吴杰.面向智能变电站全场景试验的无线时钟同步方法[J].电力系统自动化,2013,09:103-109.
[3]张中央.微机控制701检测试验台研究[D].西南交通大学,电气工程,2003,硕士.
[4]龙海侠,须文波,王小根,孙俊.基于选择操作的量子粒子群算法[J].控制与决策,2010,10:1499-1506.
[5]史晶.2000名4-6岁学龄前儿童碘营养状况调查及甲状腺疾病与碘营养关系分析[D].吉林大学,儿少与妇幼保健学,2013,硕士.
[6]胡晓晖.后新时期草根文化解读[D].湖南科技大学,文艺学,2013,硕士.
[7]黄根.大型立式水泵机组可靠性研究[D].扬州大学,流体机械及工程,2012,硕士.
[8]本报记者谌力张述冠.IT支持个性化金融服务[N].网络世界,2003/09/01.
[9]周聪.数据挖掘技术在采购业务中的应用研究[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2011,硕士.
[10]刘敉舒.中国对外直接投资的政策演变研究[D].沈阳工业大学,国际贸易学,2013,硕士.
[11]吴莹莹.新西兰东南中更新世晚期以来高分辨率的古海洋学[D].中国地质大学（北京）,海洋地质,2013,硕士.
[12]杨乐欣.甘肃省甘南藏族自治州舟曲县汉族及藏族学龄儿童视力情况的流行病学调查[D].兰州大学,外科学,2013,硕士.
[13]陈伟鑫.土地非农化过程中村民意愿、行为选择及影响因素研究[D].浙江理工大学,区域经济学,2013,硕士.
[14]谈俊,余皓,彭峰.掺氮碳纳米管的结构、制备及其催化应用[J].工业催化,2011,02:15-21.
[15]王思旸.本溪地名的社会语言学考察[D].沈阳师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[16]莫文静.鱼腥草素钠对白色念珠菌生物膜及磷脂酶体外抑制作用的研究[D].佳木斯大学,口腔医学（专业学位）,2014,硕士.
[17]沈莉.陈云经济安全思想及其当代价值研究[D].扬州大学,马克思主义中国化研究,2011,硕士.
[18]黄理天.浅谈解决我国中小学生“聋哑英语”问题的对策[D].华中师范大学,教育学,2014,硕士.
[19]李必雄.压电网壳结构动力稳定性研究[D].西安建筑科技大学,防灾减灾工程及其防护工程,2013,硕士.
[20]陈建华.铁路旅客票价优化问题的相关模型及算法[D].北京交通大学,2007.
[21]陈亮.发电竞价策略研究与火电厂MIS成本分析系统的开发[D].湖南大学,2003.
[22]周德俭.电子产品电气互联中的3D打印技术应用探讨[A].四川省电子学会SMT专委会、广东省电子学会SMT专委会、陕西省电子学会SMT专委会、上海市电子学会SMT专委会、安徽省软件协会SMT专委会、山东省电子制造技术专委会、南京市电子学会SMT专委会、清华大学伟创力SMT实验室、SMTAChina、英国环球SMT与封装、EMAsia、电子工艺技术杂志社、广东技术师范学院工业实训中心.2014中国高端SMT学术会议论文集[C].四川省电子学会SMT专委会、广东省电子学会SMT专委会、陕西省电子学会SMT专委会、上海市电子学会SMT专委会、安徽省软件协会SMT专委会、山东省电子制造技术专委会、南京市电子学会SMT专委会、清华大学伟创力SMT实验室、SMTAChina、英国环球SMT与封装、EMAsia、电子工艺技术杂志社、广东技术师范学院工业实训中心:,2014:7.
[23]韩霜,张邻,谭智华,程南该.动态竞争环境下的物流配送中心双层规划模型[J].控制与决策,2014,11:2055-2060.
[24]尉玮.基于人力资本投资理论的企业大学运作模式与发展趋势探析[D].北京交通大学,2010.
[25]陈煦.市场结构与技术创新行为[D].江西财经大学,产业经济学,2013,硕士.
[26]陈晨.中红外透明导电CuAlO_2薄膜的制备及掺杂性能改善研究[D].吉林大学,原子与分子物理,2013,硕士.
[27]侯月阳,吴伟国.具有张力反馈和关节位置全闭环的挠性驱动单元性能测试[J].机械工程学报.
[28]于蕊.赵冬苓影视剧作品研究[D].山东师范大学,广播电视艺术学,2013,硕士.
[29]余圣发,庾凡.一种烧结厂铁矿颗粒料层厚度监控装置的研制[J].冶金自动化,2005,02:57-59.
[30]张霞.济南大学学科建设与科研管理系统的设计与实现[D].济南大学,计算机技术,2012,硕士.
[31]李琴.数字化学习环境下“同伴互助”调查及策略研究[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[32]韩晓丹.山水画的空间意识[D].河北师范大学,美术,2014,硕士.
[33]刘征涛.影响广西防城港地区男性人群谷丙转氨酶水平的遗传变异及其在永生化肝细胞株中的验证[D].广西医科大学,外科学,2014,博士.
[34]高飞.面向大批量定制的产品设计方法学研究[D].浙江大学,2004.
[35]路天飞.国有土地上房屋征收补偿范围及程序的完善[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[36]郭宝华.不同生产力水平毛竹林碳氮磷生态化学计量特征研究[D].中国林业科学研究院,森林培育,2014,博士.
[37]陈新明.淘宝网数据平台数据仓库建设[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[38]廖勇军.GPS及其抗干扰技术[J].飞航导弹.2006(08)
[39]向寿生.廉租房供房模式的比较分析[D].西安建筑科技大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[40]和丽真.自动检票闸机拍打门控制系统研究[D].南京理工大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[41]朱聪聪.农村集体资产股份化改革研究[D].华中师范大学,地方政府学,2014,硕士.
[42]张洪玉.中国省际人口流动的区域差异类型研究[D].中共北京市委党校,社会学,2013,硕士.
[43]王莹.光纤耦合谐振腔Q值增强的理论与实验研究[D].哈尔滨工业大学,物理电子学,2013,硕士.
[44]张静.《榆树下的欲望》的圣经原型解读[D].郑州大学,英语语言文学,2013,硕士.
[45]陆青云.青少年慢性心理社会应激，认知控制和肥胖关系的2年队列研究[D].安徽医科大学,儿少卫生与妇幼保健学,2014,博士.
[46]许青林,覃国民,姜文超,谢燕丽.敏感数据自主可控的云存储平台元数据管理[J].广东工业大学学报,2014,04:46-53.
[47]张云翼.基于情感语义特征的论文剽窃检查优化方法研究[D].复旦大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[48]曾凡明.Z公司培训问题研究[D].北京交通大学,2014.
[49]于颖.何去何从：性别意识对于职业选择的影响[D].首都师范大学,教育学原理,2014,硕士.
[50]王海容.幼儿教师话语权研究[D].南京师范大学,学前教育学,2012,硕士.