Cu2O/CuO光阴极的光电化学分解水制氢性能研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BlueHeart1111
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当今社会能源短缺和化石燃料带来的环境问题亟待解决,氢能源的开发和利用是可以同时解决能源和环境问题的重要途径。在众多方法中,利用太阳能进行光电催化分解水生产氢气的方法在解决能源问题方面有着重要的应用前景。近年来,铜基复合半导体材料由于其具有较大的吸收系数、合适的光学带隙和毒性低等优点,成为近年来光电催化制氢技术关注的热点之一。本文以Cu2O/CuO复合电极为主要研究对象,采用离子掺杂,碳复合等方法提高其光电催化效率。利用快速火焰燃烧法在泡沫铜(CF)基底上制备了Cu2O/CuO/CF复合光电极并讨论了其光电催化性能。以水热法制备Cu2O前驱体材料,进一步采用气体火焰退火法快速合成具有异质结构的Cu2O/CuO/CF半导体材料。形貌表征发现高温的火焰退火后样品的形貌会发生很大变化,同时通过控制火焰时间获得具有较高光电催化活性的Cu2O/CuO/CF-5光电极材料,其光电流达到-4.2m A/cm~2@0 VRHE。研究表明铜基异质结构可以明显抑制光生电荷的复合。采用蜡烛火焰燃烧成功地合成了C-Cu2O/CuO/CF复合电极。以水热法得到的Cu2O/CF为前驱体,经过蜡烛火焰退火后在电极表面形成碳。经过光电化学测试发现C-Cu2O/CuO/CF光阴极的光电流可以达到-1.2 m A/cm~2@0 VRHE,表现出较好的水还原能力。进一步通过光电化学表征和测试得到碳复合可以有效的改善电荷的转移能力,同时CuO的复合也提高了载流子的浓度。通过Ti离子掺杂Cu2O/CuO/CF光阴极为研究对象,讨论离子掺杂对光电催化活性的提升。优化Ti离子掺杂量,获得最优比例Ti:Cu2O/CuO/CF光阴极的光电流约为-5.4 m A/cm~2@0 VRHE。通过现代分析测试手段表明Ti掺杂能增强半导体材料的吸光度、缩小带隙以获得更好的吸光效率,与此同时载流子浓度以及分离效率都得到了很大提升。结合电化学沉积和火焰燃烧法制备了CuFe2O4/CuO复合光阴极并对比了其与CuFe2O4和CuO的光电催化活性。研究表明复合光阴极表现出较好的光阴极性能,其中CuFe2O4/CuO光阴极的光电流大约为-1.5 m A/cm~2@0 VRHE。实验表明CuO与CuFe2O4形成了复合结构可以有效地抑制载流子复合,使其具有较强的水还原能力。
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