研究目的
通过金和钛改性提高赤铁矿光阳极的体相电荷分离效率以增强水分解性能。
研究成果
Au修饰显著提高了赤铁矿光阳极的体相电荷分离效率和光吸收能力,而Ti共修饰通过增强表面电荷注入效率进一步提升了性能。这些方法为高效太阳能水分解提供了有前景的途径,并建议未来工作应优化修饰技术并探索其他掺杂剂。
研究不足
该研究仅限于特定电解质条件(1 M NaOH)下的实验室规模实验,实际应用中的可扩展性和长期稳定性尚未充分解决。这些改进可能会增加制备过程的复杂性,且电荷分离机制仍有进一步优化的空间。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用新型电沉积法制备赤铁矿光阳极,随后通过浸渍法分别修饰金(Au)和钛(Ti)以提升光电化学性能。理论模型包括莫特-肖特基分析和阻抗谱的等效电路拟合。
2:样品选择与数据来源:
以FTO导电玻璃为电沉积基底,样品包括原始α-Fe?O?、Au/α-Fe?O?及Ti/Au/α-Fe?O?光阳极,通过在氯金酸(HAuCl?)和钛酸四丁酯(Ti(OBu)?)溶液中优化浸渍时间制备。
3:实验设备与材料清单:
设备包含电化学工作站(CHI 760E)、X射线衍射仪(Rigaku D/max 2500 PC)、扫描电镜(JSM-6360LA)、场发射扫描电镜(Supra 55)、透射电镜(JEM-2100)、X射线光电子能谱仪(ESCALab 250Xi)、紫外可见分光光度计(UV 3600)及恒电位仪(VersaSTAT 3)。材料包括硫酸亚铁(FeSO?)、硫酸钠(Na?SO?)、氯金酸(HAuCl?)、钛酸四丁酯(Ti(OBu)?)、氢氧化钠(NaOH)、过氧化氢(H?O?)及FTO导电玻璃。
4:5)、透射电镜(JEM-2100)、X射线光电子能谱仪(ESCALab 250Xi)、紫外可见分光光度计(UV 3600)及恒电位仪(VersaSTAT 3)。材料包括硫酸亚铁(FeSO?)、硫酸钠(Na?SO?)、氯金酸(HAuCl?)、钛酸四丁酯(Ti(OBu)?)、氢氧化钠(NaOH)、过氧化氢(H?O?)及FTO导电玻璃。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:清洗FTO基底后,在-1.5 V(vs. Ag/AgCl)电压下于FeSO?/Na?SO?溶液中进行100秒阴极电沉积,600°C退火3小时。修饰处理包括浸入HAuCl?溶液5分钟,或依次浸入HAuCl?与Ti(OBu)?溶液并超声处理后退火。通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis进行表征,并在1 M NaOH电解液中采用AM 1.5光照测试PEC性能。
5:5 V(vs. Ag/AgCl)电压下于FeSO?/Na?SO?溶液中进行100秒阴极电沉积,600°C退火3小时。修饰处理包括浸入HAuCl?溶液5分钟,或依次浸入HAuCl?与Ti(OBu)?溶液并超声处理后退火。通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis进行表征,并在1 M NaOH电解液中采用AM 5光照测试PEC性能。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用线性扫描伏安法分析光电流,莫特-肖特基曲线计算施主浓度与平带电位,电化学阻抗谱(EIS)通过Zsimpwin软件进行等效电路拟合,基于H?O?清除剂实验计算效率。
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Electrochemical Workstation
CHI 760E
CH Instruments
Used for cathodic electrodeposition and photoelectrochemical performance measurements.
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X-ray Diffractometer
D/max 2500 PC
Rigaku
Characterization of crystal structures of the films.
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Scanning Electron Microscope
JSM-6360LA
JEOL
Analysis of morphological characteristics.
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Field Emission Scanning Electron Microscope
Supra 55
Zeiss
High-resolution morphological analysis.
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Transmission Electron Microscope
JEM-2100
JEOL
Detailed imaging of nanostructures.
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X-ray Photoelectron Spectrometer
ESCALab 250Xi
Thermo Scientific
Surface characterization of samples.
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UV-vis Spectrophotometer
UV 3600
Shimadzu
Measurement of diffuse reflectance spectra.
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Potentiostat
VersaSTAT 3
Princeton Applied Research
Recording impedance spectroscopy and Mott-Schottky plots.
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FTO Substrate
Base for electrodeposition of Fe films.
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