LaTaON 2 颗粒膜的界面调控及其光电化学分解水性能的研究

发布时间：2024-01-20 20:18

　　按照目前的能源消耗速率,地球上的不可再生能源仅能维持人类的发展至本世纪末。太阳能对于人类而言是取之不竭的能量来源,而氢能既提供能量又不产生温室气体,是人类社会可持续发展的首选能源。光电化学分解水提供一种直接将太阳能转化为氢能的途径。在光电化学分解水系统中,光阳极是其中最关键的部件之一。(氧)氮化物是一类合适的光阳极材料,其中LaTaON2的太阳能-氢能转化效率理论上达到18.5%,对应于15 mA cm-2的光电流极限值,而其首次报道值仅有0.15 mA cm-2,可能存在严重的载流子复合因素,具有极大的提升空间。本论文致力于提高LaTaON2颗粒膜电极的光电流,通过对实验结果的分析,揭示了影响LaTaON2颗粒膜电极光电流受限制的原因：固态界面密度增加了光生载流子的传输电阻,水氧化的慢动力学过程进一步制约光电流的提升。针对限制因素,通过降低固态界面密度以及增大固液界面的面积和对表面担载的产氧电催化剂进行后续的气氛热处理,大幅度提高了LaTaON2颗粒膜电极的光电流。主要研究内容如下：通过优化的界面(晶粒-晶粒、颗粒-颗粒、颗粒-电解液)设计提高LaTaON2颗粒膜电极的光电流。通过改...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 可持续发展的未来
    1.2 光电化学池的构型和太阳能-氢能转化效率
    1.3 半导体-液相结与光电流特性曲线
    1.4 提高光电化学性能的策略
        1.4.1 材料
        1.4.2 载流子传输
        1.4.3 表面反应
        1.4.4 液相反应
    1.5 本文研究内容与思路
    参考文献
第二章 实验部分
    2.1 主要化学试剂
    2.2 样品粉末以及颗粒膜电极的制备装置
        2.2.1 样品粉末的制备
        2.2.2 颗粒膜电极的制备装置
        2.2.3 表面产氧电催化剂的担载装置
    2.3 样品粉末以及颗粒膜电极的物性表征
        2.3.1 X射线粉末衍射(XRD)
        2.3.2 紫外-可见光漫反射吸收光谱(UV-vis)
        2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.4 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
    2.4 (光)电极的(光)电化学表征
        2.4.1 循环伏安测试(I-V)
        2.4.2 Mott-Schottky测试
        2.4.3 稳定性测试(恒电位法,I-t)
        2.4.4 外量子效率测试
        2.4.5 法拉第测试
    参考文献
第三章 提高LaTaON₂的光电流：界面的优化设计
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 LaTaON₂样品粉末的制备
        3.2.2 LaTaON₂颗粒膜电极的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 LaTaON₂样品粉末的物性表征
        3.3.2 LaTaON₂颗粒膜电极的(光)电化学表征
        3.3.3 LaTaON₂样品(颗粒膜电极、粉末)的微结构表征
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 提高LaTaON₂的光电流：表面CoO_x产氧电催化剂的担载以及优化
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 CoO_x产氧电催化剂的担载以及后续的气氛热处理
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 CoO_x产氧电催化剂以及CoO_x担载的LaTaON₂颗粒膜电极的光电化学表征
        4.3.2 CoO_x修饰的LaTaON₂颗粒膜电极的微观形貌表征
        4.3.3 颗粒膜电极表面的LaTaON₂颗粒的高分辨电镜图
        4.3.4 颗粒膜电极的PCE以及稳定性表征
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 光电化学的未来展望
攻读硕士期间学术成果
致谢
附录A



本文编号：3881489