研究目的
研究形貌和尺寸变化对BaTaO2N晶体结构可见光诱导水氧化活性及光电化学性能的影响。
研究成果
BaTaO2N晶体结构的形貌、尺寸和孔隙率会显著影响其水氧化活性与光电化学性能。未使用KCl助熔剂氮化的样品因具有多孔网络结构和更好的助催化剂分散性而表现出更高的光电流,但通常粒径较大的样品性能更优。该发现强调了通过晶体工程优化太阳能水分解效率的重要性。
研究不足
该研究仅限于特定的通量和溶质浓度;氮化过程可能引入缺陷,且所达到的效率并非最高。潜在的优化措施包括根据颗粒尺寸调整氮化时间以及探索其他助熔剂类型。
1:实验设计与方法选择:
采用熔盐法,通过使用不同助熔剂(BaCl?、KCl、RbCl、CsCl、KCl+BaCl?、K?SO?)和溶质浓度(1-50 mol%)合成具有多种形貌和尺寸的Ba?Ta?O??前驱体晶体。这些前驱体随后在950°C下通氨气煅烧20小时(有无KCl助熔剂),制备BaTaO?N晶体结构。研究旨在比较其对水氧化和光电化学性能的影响。
2:样品选择与数据来源:
样品根据论文表1详述的特定助熔剂类型和溶质浓度制备。表征包括XRD、SEM、TEM、UV-vis光谱分析,以及光催化水氧化性能测试和光电化学测量。
3:实验设备与材料清单:
设备包括MiniflexII XRD衍射仪(理学)、JSM-7600F扫描电镜(日本电子)、EM-002B高分辨透射电镜(拓普康)、V-670紫外-可见-近红外分光光度计(日本分光)、JEM-2800透射电镜、气相色谱仪(GC-8A,岛津)、恒电位仪(HSV-120,北斗)、射频磁控溅射系统,以及光源(300 W氙灯、AM 1.5G太阳模拟器)。材料购自和光纯药工业株式会社,包括BaCO?、Ta?O?、各种助熔剂、Co(NO?)?·6H?O、AgNO?、La?O?等。
4:5G太阳模拟器)。材料购自和光纯药工业株式会社,包括BaCO?、Ta?O?、各种助熔剂、Co(NO?)?·6H?O、AgNO?、La?O?等。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:前驱体合成包括混合溶质与助熔剂,在铂坩埚中1000°C加热10小时,冷却后洗涤干燥。氮化处理在950°C通氨气煅烧20小时(可选KCl助熔剂)。光催化测试使用侧照式反应器,负载CoO?的样品,以AgNO?为牺牲剂,La?O?为pH缓冲剂。光电化学测量通过颗粒转移法制备光阳极,溅射Ti/Ta层,采用三电极体系进行线性扫描伏安法测试。
5:数据分析方法:
XRD图谱与ICDD数据库比对,SEM和TEM图像使用Photo Measure软件分析形貌与尺寸,UV-vis数据经Kubelka-Munk法转换,测量并统计比较光电流和O?析出速率。
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