g-C3N4修飾半導體納米陣列的制備及其制氫性能研究.pdf

1、近年來，利用太陽能光電化學分解水制氫，被認為是制取氫能最具有發(fā)展前景的技術之一。設計和合成高光電化學性能，穩(wěn)定性良好的半導體光電極是太陽能光電化學分解水制氫的關鍵。本文合成出CdS和WO3兩種半導體納米陣列，并且采用類石墨相氮化碳(g-C3N4)對兩種半導體納米陣列進行修飾。通過對半導體形貌、結構的調控及修飾改性，研發(fā)出具有優(yōu)異光電化學分解水制氫性能的半導體光陽極。該研究為設計和開發(fā)高光電化學性能，穩(wěn)定性良好的半導體光陽極提供了借鑒，同

2、時為實現高效的太陽能光電化學分解水(海水)制氫應用奠定了基礎。主要創(chuàng)新性研究結果如下：
　　(1)利用水熱法結合熱縮聚過程制備出 CdS@g-C3N4核殼型納米棒陣列(CdS@g-C3N4 CSNRs)。采用XRD，XPS，FTIR，FESEM，EDS，TEM，UV-Vis DRS， IPCE和光電化學測試對半導體納米棒陣列進行了系統(tǒng)的表征和研究。研究表明， CdS@g-C3N4 CSNRs作為光陽極，當外加偏壓為1.0 V vs

3、. RHE時，CdS@g-C3N4 CSNRs的光電流密度達到最大值1.16 mA/cm2，約為CdS納米棒陣列(CdS NRs)(0.46 mA/cm2)的2.5倍。在外加偏壓為1.0 V vs. RHE下，持續(xù)光照3600 s后，CdS@g-C3N4 CSNRs的光電流密度仍然保持為最初值的85％。然而，CdS NRs的光電流密度已衰減至最初值的20%。采用電化學阻抗譜和開路電壓衰減測試分析了光電化學分解水制氫性能增強的原因，提出了

4、光電化學分解水制氫的反應機理。
　　(2)利用水熱法結合沉積-煅燒過程制備出 WO3/g-C3N4納米片陣列(WO3/g-C3N4 NSAs)。采用XRD，XPS，FTIR，FESEM，EDS，TEM，UV-Vis DRS，IPCE和光電化學測試對半導體納米片陣列進行了系統(tǒng)的表征和研究。研究表明，WO3/g-C3N4 NSAs作為光陽極，當外加偏壓為1.23 V vs. RHE時，WO3/g-C3N4 NSAs的光電流密度達到最大