【摘 要】
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光电化学（PEC）分解水可以通过利用半导体材料将太阳能转化为氢能（H2）,是解决化石燃料枯竭和环境污染等问题切实可行的途径。赤铁矿（α-Fe2O3）具有合适的带隙宽度（1.9-2.2 e V）、制备成本低廉以及光电化学稳定性良好等诸多优点,是极具发展潜力的光阳极半导体材料之一。然而其自身固有的一些缺陷严重限制了其在光电化学分解水中的实际应用。α-Fe2O3较差的本征电导率导致了它体内光生载流子的迁
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光电化学（PEC）分解水可以通过利用半导体材料将太阳能转化为氢能（H2）,是解决化石燃料枯竭和环境污染等问题切实可行的途径。赤铁矿（α-Fe2O3）具有合适的带隙宽度（1.9-2.2 e V）、制备成本低廉以及光电化学稳定性良好等诸多优点,是极具发展潜力的光阳极半导体材料之一。然而其自身固有的一些缺陷严重限制了其在光电化学分解水中的实际应用。α-Fe2O3较差的本征电导率导致了它体内光生载流子的迁移速率过低,大部分载流子都在内部电荷重组中被消耗。另外,其较短的空穴扩散长度导致大部分的光生空穴根本无法扩散到材料表面参与氧化还原反应,大大降低了其作为光阳极的PEC性能。近几十年来通过对α-Fe2O3光阳极的大量研究证实,在α-Fe2O3中引入一种具有匹配能带位置的窄带隙半导体是提高其在PEC水分解应用中光吸收效率和电荷传输效率的有效途径。本文利用种子层辅助生长策略成功将窄带隙半导体硫化铋（Bi2S3）组装在α-Fe2O3纳米棒薄膜表面。使用各种表征手段以及光电化学测试方法深入探究了种子层对α-Fe2O3/Bi2S3复合材料制备的促进作用以及不同种子层沉积次数对α-Fe2O3/Bi2S3光电极PEC性能的影响。具体研究内容如下:（1）通过水热后退火的方法在掺氟氧化锡（FTO）基底上制备了α-Fe2O3纳米棒阵列,利用离子层吸附法（SILAR）在α-Fe2O3薄膜表面沉积种子层,随后进行溶剂热反应获得最终的α-Fe2O3/Bi2S3复合异质结。改变SILAR沉积循环次数制备不同的复合材料进行对照。对所制备的复合材料进行形貌以及结构表征,结果证实Bi2S3种子层可以辅助支状Bi2S3纳米棒在α-Fe2O3阵列上更好的组装,有利于构建接触良好的异质结界面。紫外-可见吸收光谱发现Bi2S3的引入不仅大幅度提升了α-Fe2O3的光吸收强度,还将复合电极的光吸收范围扩宽到了整个可见光区域。（2）对所有制备的样品进行光电化学性能测试,探究了不同SILAR沉积循环制备的Bi2S3种子层对α-Fe2O3/Bi2S3复合光电极PEC性能的影响。通过对线性伏安扫描（LSV）测试结果进行分析得出,Bi2S3种子层的引入显著增强了α-Fe2O3/Bi2S3复合光阳极的光电流密度。电化学阻抗谱（EIS）、莫特-肖特基（M-S）测试结果显示,适量的Bi2S3与α-Fe2O3进行耦合可以组成能带匹配的异质结结构,提高了光电极的光生载流子分离与传输效率,促进α-Fe2O3/Bi2S3复合光电极PEC性能的提升。
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