摘要
一维半导体纳米材料在太阳能转化与存储、光催化降解污染物、化学物质检测等光电化学应用领域表现出优异的性能。本论文发展了几种一维半导体纳米材料及其复合结构的制备方法;研究了材料组成、形貌、结构、掺杂、异质界面与一维半导体纳米材料及其复合结构光电化学性质之间的关系;探索了一维半导体纳米材料及其复合结构在光电化学分解水领域的应用。研究结果如下: 1、发展了一种在一维ZnO纳米材料上电化学沉积CdS的方法，并以此制备了ZnO/CdS核壳纳米棒阵列、纳米管阵列。实验结果显示ZnO/CdS纳米管阵列比ZnO/CdS纳米棒阵列表现出更好的光电化学分解水性能，其光电流在OVvsSCE时高达10.64mA/cm2。研究表明，纳米管阵列这种特殊形貌有利于增强光电极的光吸收，提高光生载流子收集效率，因此可用于高性能光电极。 2、设计并通过Fe(NO3)3热分解方法制备了n-Si/α-Fe2O3核壳纳米线阵列。作为光阳极用于光电化学分解水，n-Si/α-Fe2O3核壳纳米线阵列比单纯的n-Si或α-Fe2O3表现出更好的光电化学性能;其光电流开启电位低至0.5VvsRHE，光电流在1.23VvsRHE时高达5mA/cm2。研究揭示，在n-Si/α-Fe2O3复合结构中，α-Fe2O3的厚度对α-Fe2O3内光生载流子的产生和输运、n-Si/α-Fe2O3界面处形成的n/n型异质结结构、以及n-Si的平带电位和能带位置有重要影响，从而影响了光电流的大小和开启电位。 3、以ZnO纳米棒阵列作为模板和掺杂源，用电化学沉积方法制备了Zn掺杂α-Fe2O3纳米管阵列。光电化学测试结果显示Zn掺杂α-Fe2O3纳米管阵列表现出p型半导体光响应，在pn结复合光电极以及串联电池中具有潜在的应用前景。作为光阴极，其光电流开启电位为1.3VvsRHE;在0.5VvsRHE时光电流达到40.4μA/cm2。
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