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近年来,具有高效光电性能的半导体异质结微纳结构已被广泛应用于光电化学(Photoelectrochemical,PEC)和太阳能光催化分解水制氢等清洁能源。但是,由于单相半导体微纳结构的光生电荷载流子的复合率高,限制了半导体微纳结构的太阳能转换效率。通过构筑半导体异质微纳结构可以有效地提高其光电化学和太阳能光催化分解水等光电性能。本文主要采用氧化锌(ZnO)、氧化锌/硫化镉(ZnO/CdS)、氧化锌/硫化铅(ZnO/PbS)纳米结构修饰二氧化钛(TiO2)纳米线阵列(NWAs),控制制备TiO2/ZnO,TiO2/ZnO/CdS和TiO2/ZnO/PbS纳米线阵列结构,系统地研究了纳米线阵列结构的光电性能。主要研究工作包括:采用简易的水热法,以钛酸四丁酯(TBOT)、浓盐酸(HC1)为原料,制备金红石结构的TiO2纳米线阵列,然后以硝酸锌(Zn(NO3)2)为原料,利用种子辅助水热法构筑TiO2/ZnO异质结纳米线阵列结构。利用三电极电化学工作站,以0.1 M硫酸钠(Na2SO4)溶液为电解液,在模拟太阳光照射条件下,研究了 TiO2/ZnO异质结纳米线阵列结构的光电性能。随时间变化的瞬时光电流(I-t)测试结果表明,所制备的TiO2/ZnO异质结纳米线阵列结构的光电流密度是纯的TiO2纳米线阵列的6倍;在外加电压为0.8 V(相对于参比电极,银/氯化银(Ag/AgCl))的条件下,异质结纳米线阵列结构的光电流密度是纯的TiO2纳米线阵列的3倍。PEC分解水制氢研究表明,TiO2/ZnO异质结纳米线阵列结构产氢的平均速率是纯TiO2纳米线阵列的2.7倍。研究了TiO2/ZnO异质结纳米线阵列结构光电性能的增强机制。采用连续离子层吸附(SILAR)法,用ZnO/CdS纳米结构修饰TiO2纳米线阵列,构筑了TiO2/ZnO/CdS纳米线阵列结构。光吸收性能研究表明,所制备的TiO2/ZnO/CdS异质结纳米线阵列结构具有显著的可见光吸收特性。以0.35M硫化钠(Na2S)和0.25 M亚硫酸钠(Na2SO3)混合溶液为电解质溶液,以及可见光为照射光源,研究了所构筑异质结纳米线阵列结构的光电性能。结果表明,TiO2/ZnO/CdS纳米线阵列结构的光电流密度最高可达纯TiO2纳米线阵列的130倍。探讨了TiO2/ZnO/CdS纳米线阵列结构的光电性能增强机制。在构筑的纳米线阵列结构中,CdS和ZnO半导体间形成Type Ⅱ型能级结构,即CdS的导带比ZnO的导带更负,而ZnO的价带比CdS的价带更正。这一能级结构促进了光生电荷载流子的有效分离,显著增强了TiO2/ZnO/CdS纳米线阵列结构的光电性能。采用SILAR法,用ZnO/PbS纳米结构修饰TiO2纳米线阵列结构,构筑了TiO2/ZnO/PbS纳米线阵列结构。光吸收测试表明,TiO2/ZnO/PbS纳米线阵列结构表现出显著的可见光吸收特性。在0.35 M Na2S和0.25 M Na2SO3混合水溶液作为电解质体系下,TiO2/ZnO/PbS纳米线阵列结构在可见光照射下的光电流密度最高可达纯TiO2纳米线阵列的60倍。交流阻抗谱(EIS)测试和分析表明,TiO2/ZnO/PbS纳米线阵列结构中光生电荷载流子被有效分离,因而显著增强了异质结纳米线阵列结构的光电性能。