摘要
当今世界，人类已面临能源危机，而且，大量使用化石能源也造成了环境污染以及温室效应，开发利用新型能源已是人类的重要任务，利用太阳能光电化学分解水和甘油有助于应对能源危机。作为吸光的半导体电极材料，α-Fe2O3因为有较宽的光吸收波长范围和在碱性环境下较高的稳定性被认为是很有前景的光电阳极材料。但是它也存在电子空穴难分离、氧化反应动力不足等一些固有缺陷，因此，对α-Fe2O3光电阳极的固有缺陷进行改良就变得很有必要。 本文通过表面修饰和非原位掺杂对α-Fe2O3进行了改良，主要通过表面旋涂催化剂来提高光电催化氧化水的性能，探索了Bi掺杂的氧化铁在光电催化甘油选择性氧化方面的作用。具体分为以下两个方面的内容： 首先，我们采用表面修饰的方式，即在制备的α-Fe2O3表面旋涂ZnCl2、Fe(NO3)3·9H2O和甘氨酸混合溶液并煅烧，得到表面修饰过的α-Fe2O3薄膜，探究了不同旋涂量和煅烧温度对光电催化性能的影响。实验发现，所旋涂物质会在α-Fe2O3薄膜表面形成一层催化剂颗粒，可催化光电分解水反应的进行，研究发现，在旋涂量为120μL、煅烧温度为200℃时，可获得最大光电流密度，在1.23VRHE处为1.34mAcm-2，比空白样品(0.7 mA cm-2)提高了91%，起始电压比空白左移了100mV。通过X-射线衍射，扫描电镜，X-射线光电子能谱，电化学阻抗，莫特-肖特基、注入和分离效率等测试对样品的结构和光电化学性能进行了表征分析。同时为了考察该方法是否可以同其他方式起到协同作用，我们同时叠加了磷掺杂，表面Fe-Pi钝化层以及表面催化剂的方法。 其次，我们探究了氧化铁光阳极用于甘油氧化的性能。由于Bi元素在传统Pt催化剂中的特殊位阻作用，我们采用非原位掺杂的方法，制备了Bi掺杂的α-Fe2O3薄膜，以提高光电催化分解甘油的效率，探究了不同浓度的Bi(NO3)3对光电催化效果的影响，并对分解甘油后的产物进行了高效液相色谱分析，研究发现，Bi掺杂可以改变Fe2O3的光电化学性质，0.1MBi掺杂的Fe2O3可以得到最高的光电流密度。实验发现，不同pH值和甘油浓度会影响甘油氧化产物，在强碱性环境中会有更多的氧化产物产生，包括甲酸，乙酸，乙醇酸，草酸等。
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