国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

氧化鐵可見光光電催化材料改性研究進展

2020-05-22 12:09財,高瑩,張
關(guān)鍵詞:光生載流子空穴

孫 財,高 瑩,張 靜

(遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部,遼寧撫順113001)

人類社會進步依賴于能源,然而在人類社會飛速發(fā)展的進程中,能源開采和利用不當(dāng)造成了能源浪費與短缺,同時給人類賴以生存的環(huán)境造成了污染,這使能源短缺和環(huán)境污染成為亟待解決的問題之一。如何以廉價、易得材料來解決現(xiàn)存的能源短缺和環(huán)境污染問題是新時期的研究目標(biāo),同時也是實現(xiàn)能源與環(huán)境綠色持續(xù)發(fā)展的根本保障。

太陽能具有儲量豐富、清潔安全、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點,因此太陽能的轉(zhuǎn)化與利用引發(fā)科研工作者極大的興趣[1-3]。隨著太陽能轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)的發(fā)展,以太陽能驅(qū)動的半導(dǎo)體光(電)催化反應(yīng)將有望改善能源化工行業(yè)對化石能源的依賴[4-6],從而實現(xiàn)低成本、低能耗、環(huán)境友好的化工生產(chǎn)。半導(dǎo)體光催化是當(dāng)光子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度能量的光照射時產(chǎn)生光生電子和空穴,電子與空穴傳輸至半導(dǎo)體表面參與化學(xué)反應(yīng),將吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。然而,光催化劑電子-空穴的快速復(fù)合制約了光催化技術(shù)的應(yīng)用[7-9]。如何高效降低光生電子-空穴復(fù)合率,提高光催化活性,成為研究的熱點。光電催化是以光催化為基礎(chǔ),將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的儲能反應(yīng),通過外加偏壓電場有效抑制光生電子-空穴復(fù)合,為治理當(dāng)今環(huán)境污染和減少化石能源使用提供了新思路。

目前,在半導(dǎo)體光電催化領(lǐng)域,研究的典型半導(dǎo)體催化劑是TiO2,但是其禁帶寬度為3.2 eV[10],只能被紫外光激發(fā),但是在太陽能光譜中紫外線所占的比例僅為5.0%,因此對太陽能的低利用率限制了TiO2的實際應(yīng)用。相比之下,F(xiàn)e2O3具有儲量豐富、無毒、穩(wěn)定、價廉等特點,且Fe2O3帶隙窄,其可見光響應(yīng)最大波長為580 nm,在太陽能光譜中可見光所占的比例高達43.0%。因此,F(xiàn)e2O3成為具有良好的可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體光電催化材料,其在光電催化領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。在可見光輻照條件下,半導(dǎo)體價帶電子吸收光能躍遷至導(dǎo)帶,產(chǎn)生的光生電子-空穴經(jīng)外加偏壓電場(或經(jīng)半導(dǎo)體/電解液構(gòu)建的內(nèi)建電場)分離后,光生電子遷移至光陰極,在光陰極表面與溶液中的離子發(fā)生還原反應(yīng),n型半導(dǎo)體Fe2O3光陽極表面聚集的空穴則與溶液中的離子發(fā)生氧化反應(yīng)[11]。理論上,F(xiàn)e2O3將16.8%的太陽能轉(zhuǎn)化為氫能[12]。然而,F(xiàn)e2O3作為光電催化劑自身還存在許多缺陷,例如能帶位置、導(dǎo)電性差、空穴傳輸距離短、光生電子和空穴復(fù)合快等,F(xiàn)e2O3太陽能轉(zhuǎn)化效率最高僅為0.6%,遠低于理論值[13],限制了Fe2O3的大規(guī)模應(yīng)用。

為進一步促進Fe2O3可見光光電催化劑的實際應(yīng)用,需要針對性地改進其自身存在的缺陷。近年來,研究者從上述問題入手對其進行研究,并取得了可喜的研究進展。本文針對Fe2O3可見光催化劑在光電領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進行了綜述,重點概述了制備方法(水熱法、噴霧熱分解法、化學(xué)氣相沉積法、原子層沉積法等)與改性方法(“結(jié)”構(gòu)建、摻雜、形貌調(diào)控等)對Fe2O3光電性能的影響,為提高Fe2O3光電催化效率提供思路和實踐借鑒。

1 制備方法

1.1 水熱法

水熱法是合成納米氧化鐵光電極最常用的方法[14],是指以水為溶劑,高溫高壓條件下在密封的壓力容器中進行化學(xué)反應(yīng),在基底表面形成羥基氧化鐵(FeOOH)前驅(qū)體,經(jīng)高溫焙燒處理得α-Fe2O3,如圖1所示。制備過程中通過調(diào)變水熱溫度、水熱時間、模板劑種類及用量等,可合成不同形貌的FeOOH前驅(qū)體,最終得到不同形貌的α-Fe2O3。L.Li等[15]通過一步水熱法將α-Fe2O3納米棒均勻地生長在摻雜氟的二氧化錫透明導(dǎo)電玻璃(FTO)基底上,納米棒的長度約為500 nm。J.Deng等[16]通過水熱法將FeOOH納米線前驅(qū)體生長在沉積了TiN薄膜的FTO玻璃上,經(jīng)焙燒制備了由(55±5)nm的Fe2O3納米棒組成的TiO2/Fe2O3異質(zhì)結(jié)光電極,TiO2/Fe2O3異質(zhì)結(jié)光電極電流密度為1.79 mA/cm2(1.23 V vs.RHE),是Fe2O3光電極電流密度的2.1倍。

圖1 水熱法制備氧化鐵光電極示意圖[14]

1.2 噴霧熱分解法

噴霧熱分解法是指將含F(xiàn)e3+和OH-的前驅(qū)體溶液經(jīng)霧化器霧化后,由載氣噴向熱FTO基板上,溶劑揮發(fā)后,溶質(zhì)在FTO基板上熱解形成α-Fe2O3。該方法制備納米α-Fe2O3具有工序簡單、原料組分損失小、化學(xué)計量比容易控制、產(chǎn)物粒徑分布均勻的特點[17-18]。S.S.Shinde等[19]采用噴霧熱分解法在FTO基底上合成了Al摻雜的α-Fe2O3納米棒,該納米棒的平均直徑為170 nm,納米棒緊密均勻地黏附在FTO基底上。G.Heidari等[20]采用此方法合成了粒徑為40 nm的α-Fe2O3球形顆粒,且球形顆粒均勻附著在FTO基底表面。

1.3 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是將含有構(gòu)成薄膜元素的反應(yīng)物蒸氣和載氣引入反應(yīng)室,反應(yīng)結(jié)束后,在基體上形成所需的薄膜材料[21]。該方法沉積的薄膜層具有結(jié)構(gòu)致密、沉積性好、能與基體牢固結(jié)合等優(yōu)點。S.Li等[22]采用常壓氣相沉積法制備了Ti摻雜的α-Fe2O3超薄薄膜光陽極材料,在9 mW/cm2光照射下,其電流密度為 80 μA/cm2(0.6 V vs.Hg/Hg2Cl2),在360 nm和400 nm光照下的光電轉(zhuǎn)化效率分別為15.4%和7.2%。C.W.Wang等[23]首先采用化學(xué)氣相沉積法將FeOCl納米板沉積在FTO導(dǎo)電玻璃上,對其焙燒得多孔納米板α-Fe2O3光電極。α-Fe2O3多孔納米板長度約為60 nm,其光電流為0.33 mA/cm2(1.23 V vs.RHE),紫 外 -可 見 光 譜(UV-vis)和電化學(xué)結(jié)果表明,α-Fe2O3多孔納米板具有很強的光捕獲能力和電荷傳輸性能。

1.4 原子層沉積法

原子層沉積法是一種基于表面氣相化學(xué)反應(yīng)的薄膜沉積技術(shù),可以將反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)以單原子膜的形式一層層地沉積在基底上。利用原子層沉積的自限制性和互補性可控制薄膜的成分和厚度[24],同時制備復(fù)雜基底表面沉積薄膜,如圖2所示。J.R.Avila等[25]采用原子層沉積法合成了不同厚度的α-Fe2O3薄膜,結(jié)果表明,厚度為5、14 nm的α-Fe2O3薄膜在水氧化反應(yīng)中沒有光電流響應(yīng),而厚度為19 nm的薄膜光電流達到0.1 mA/cm2(1.75 V vs.RHE)。Y.Zhang等[26]采用原子層沉積法在多孔陽極氧化鋁膜(AAO)模板上制備了高度有序的Fe2O3納米管陣列。Fe2O3納米管長度為 30 μm,管壁厚度為(20±2)nm,很好地保持了AAO模板的形貌。

圖2 原子層沉積技術(shù)的機理示意圖[24]

1.5 電化學(xué)沉積法

電化學(xué)沉積是在電場的作用下,電解池中陰極發(fā)生還原反應(yīng),陽極發(fā)生氧化反應(yīng),使電解質(zhì)溶液中的離子沉積在陰極或陽極表面,形成鍍層或薄膜的過程[27]。電化學(xué)沉積法通過調(diào)控電流大小、溶液pH、沉積時間和離子濃度等控制鍍層或薄膜的厚度和結(jié)構(gòu)。該方法具有操作簡單、成本低、制備溫度低、可大面積沉積等優(yōu)點[28]。

由于陰、陽電極發(fā)生的反應(yīng)不同,電化學(xué)沉積法又分為陰極電沉積法和陽極電沉積法。陰極電沉淀法以Fe3+為鐵源,在堿性電解質(zhì)溶液中,F(xiàn)e3+與OH-反應(yīng)生成FeOOH沉積在基底上形成FeOOH薄膜,在酸性電解質(zhì)溶液中,F(xiàn)e3+被還原為Fe沉積在基底上形成鐵膜,然后對沉積了FeOOH薄膜或鐵膜的基底進行熱處理得到α-Fe2O3光電極。H.Choi等[29]采用陰極電沉淀法,在含有FeCl3和H2O2的電解質(zhì)溶液中,通過兩步沉積考察了制備α-Fe2O3薄膜的最佳工藝條件。結(jié)果表明,當(dāng)?shù)谝徊匠练e電壓為-0.05 V和沉積時間為30 s,第二步沉積電壓為-0.25 V和沉積時間為150 s時,獲得的α-Fe2O3薄膜的光電流密度最大為0.28 mA/cm2(0.5 V vs.SCE)。A.Mao等[30]以AAO為模板,在酸性電解質(zhì)溶液中,采用兩種不同的陰極電沉積方式,如圖3所示,合成了不同形貌的Fe2O3。一種是利用電沉積將Fe納米棒直接生長在AAO模板上,將其熱處理后,采用NaOH溶液去除AAO模板,最終制得納米棒Fe2O3電極;另一種是先將導(dǎo)電聚苯胺(PANI)納米棒電沉積在AAO模板上,在80℃干燥過程中,因聚苯胺(PANI)體積縮小,PANI與AAO模板之間形成空隙,然后將Fe沉積在PANI與AAO之間的空隙中,對其進行熱處理并采用NaOH溶液去除AAO模板得到納米管Fe2O3電極。結(jié)果表明,與納米棒Fe2O3電極相比,納米管結(jié)構(gòu)的Fe2O3光電極具有更高的光量子轉(zhuǎn)化效率和更大的比表面積。

圖3 Au基底上合成的α-Fe2O3納米棒和納米管的SEM圖像[30]

陽極氧化電沉積是在一定的偏壓條件下,電解質(zhì)溶液中的Fe2+被氧化為Fe3+,F(xiàn)e3+在陽極表面與電解質(zhì)溶液中的OH-生成FeOOH,再經(jīng)焙燒得到α-Fe2O3。如 H.Zhang 等[31]以 FeCl2為鐵源,采用陽極沉積法合成了α-Fe2O3薄膜,薄膜厚度為200 nm。

2 改性方法

2.1“結(jié)”構(gòu)建

由于Fe2O3光生電子-空穴復(fù)合幾率高,致使電子-空穴壽命短(<10-12s)[31-33]。利用不同帶隙半導(dǎo)體在Fe2O3表面構(gòu)建異質(zhì)結(jié),既可以改變半導(dǎo)體催化劑的禁帶寬度,同時形成內(nèi)建電場,有效地促進光生電子-空穴分離,又能拓寬其對可見光的吸收范圍。

M.G.Ahmed 等[34]研究了p-CaFe2O4/n-Fe2O3異質(zhì)結(jié)光陽極材料,如圖4所示,首先將β-FeOOH薄膜生長在FTO導(dǎo)電材料上,再經(jīng)兩步焙燒形成p-CaFe2O4/n-Fe2O3異質(zhì)結(jié)。在模擬太陽光照射時,p-CaFe2O4/n-Fe2O3異質(zhì)結(jié)光陽極的光電流密度為0.53 mA/cm2(1.23 V vs.RHE),比純相n-Fe2O3電極高1倍。XPS和EIS的結(jié)果表明,p-CaFe2O4/n-Fe2O3之間形成的p-n結(jié)促進了電荷載流子分離,電極與電解質(zhì)之間電荷傳遞阻抗減小,使其光電流密度增強。K.J.Donald等[35]以FeCl2·5H2O為鐵源,采用電化學(xué)沉積法合成了α-Fe2O3光電極,再將Zn(NO3)2溶液滴在α-Fe2O3電極上,經(jīng)500℃焙燒獲得α-Fe2O3/ZnFe2O4復(fù)合電極。電化學(xué)性能結(jié)果表明,α-Fe2O3/ZnFe2O4復(fù)合電極的光電流密度為0.7 mA/cm2(0.4 V vs.RHE),α-Fe2O3電極光電流密度為0.1 mA/cm2。這是因為ZnFe2O4的價帶和導(dǎo)帶位置從Fe2O3的價帶和導(dǎo)帶位置逆向偏移約200 mV,使α-Fe2O3/ZnFe2O4界面上的電子-空穴對有效分離。張麗娜等[36]采用旋涂法制備了ZnO/Fe2O3異質(zhì)結(jié)光電極,光電化學(xué)性能分析表明,F(xiàn)e2O3與ZnO的能帶之間形成Type-II型能帶結(jié)構(gòu),有利于促進光生電子-空穴分離與傳輸,提高ZnO/Fe2O3的光電化學(xué)性能。G.Rahman等[37]合成的α-Fe2O3/WO3異質(zhì)結(jié)電極材料也具有很好地促進光生載流子分離性能,因此可以有效提高Fe2O3的光電轉(zhuǎn)化效率。

圖4 p-CaFe2O4/n-Fe2O3異質(zhì)結(jié)光電極的能帶位置和電荷分離示意圖[34]

此外,L.Kong等[38]報道了一種薄層異質(zhì)結(jié)Fe2O3/C-C3N4材料,該材料具有層狀α-Fe2O3和碳涂層結(jié)構(gòu)g-C3N4,此薄層異質(zhì)結(jié)光電催化效率分別是Fe2O3/C3N4、α-Fe2O3、g-C3N4的 3倍、16倍、30倍。這是因為此薄層異質(zhì)結(jié)的碳層和致密結(jié)構(gòu)有利于催化劑α-Fe2O3與g-C3N4電子-空穴的分離,其中C對電子和空穴的遷移速率不同,在一定程度上促進了電子-空穴分離和遷移。

由上述研究可知,通過“結(jié)”構(gòu)建可以使光生電子和空穴分別在異相半導(dǎo)體上富集,能夠很好地降低其復(fù)合幾率,進而提高催化劑的光電流密度。因此,采用“結(jié)”構(gòu)建的方法是提高Fe2O3的光電轉(zhuǎn)化效率的有效手段。

2.2 摻雜

摻雜對材料的結(jié)晶度、能級結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、光學(xué)性能具有良好的改善效果,摻雜主要包括金屬元素摻雜和非金屬元素摻雜。對Fe2O3催化材料而言,金屬元素摻雜能夠捕獲Fe2O3表面的光生電子,成為電子的儲存者,使Fe2O3能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲,因此有效促進光生電子-空穴的分離和抑制電子-空穴再復(fù)合。例如,D.Yan等[39]制備了鈦摻雜α-Fe2O3納米棒(Ti-Fe2O3)。結(jié)果表明,Ti摻雜有效抑制了α-Fe2O3光生載流子復(fù)合,電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)Ti-Fe2O3光電流密度(1.08 mA/cm2(1.6 V vs.RHE))是純相α-Fe2O3的21.6倍。D.G.Wang等[40]采用ALD沉積技術(shù)將Ti均勻摻入α-Fe2O3納米棒中,EIS和Mott-Schottky測試結(jié)果表明,Ti摻雜的α-Fe2O3載流子密度(1.49×1019cm-3)和平帶電位(0.4 V vs.RHE)均高于純相α-Fe2O3載流子密度(4.05×1017cm-3)和平帶電位(0.3 V vs.RHE),Ti的摻雜促使 α-Fe2O3能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲,提高了α-Fe2O3電荷分離效率,增加了載流子密度。除Ti摻雜外,Sn也用于α-Fe2O3光電極的摻雜改性。Y.C.Ling等[41]發(fā)現(xiàn)Sn的摻入提高了α-Fe2O3電極的載流子濃度和導(dǎo)電性,Sn摻雜的α-Fe2O3電極光電性能明顯優(yōu)于純相α-Fe2O3電極。M.Li等[42]在800℃焙燒條件下,將Sn均勻摻入α-Fe2O3納米線中,Sn的摻入增加了α-Fe2O3電子受體密度和表面導(dǎo)電性。電子受體密度的增加,使α-Fe2O3納米線表面能帶結(jié)構(gòu)彎曲度增大,進而提高了電荷分離效率。

非金屬元素摻雜可以為Fe2O3提供一個額外的受體,促進電子空穴分離與傳輸,提高光電性能。Y.C.Zhang等[43]通過水熱法合成了P摻雜的α-Fe2O3光陽極,光電性能測試發(fā)現(xiàn),光電極在650℃焙燒后,P摻雜的α-Fe2O3光電流密度為2.3 mA/cm2(1.23 V vs.RHE),是未摻雜的 α-Fe2O3光電流密度(0.11 mA/cm2)的21倍。EIS和PFT計算結(jié)果表明,α-Fe2O3載流子密度為 1.64×1019cm-3,P 摻雜α-Fe2O3載流子密度為1.01×1020cm-3,這歸因于P提供了兩個額外電子,使α-Fe2O3載流子密度增加,載流子密度的增加增強了電子遷移,提高了其光電活性。

由上述研究發(fā)現(xiàn),采用元素摻雜的方法,使α-Fe2O3能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲,提高其電荷分離效率,有效增加了α-Fe2O3的載流子密度,改善α-Fe2O3的導(dǎo)電性能,進而提升了α-Fe2O3的載流子的遷移速率,最終達到提高α-Fe2O3光電催化活性的目的。

2.3 形貌調(diào)控

Fe2O3電極的微觀結(jié)構(gòu)形貌對光生載流子有效分離和遷移同樣存在重要的影響。因此,研究者從Fe2O3形貌調(diào)控入手,考察了一維結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、三維納米結(jié)構(gòu)等對Fe2O3光電性能的影響,如圖5所示。

圖5 在FTO鍍膜玻璃基板上生長的不同赤鐵礦納米結(jié)構(gòu)的SEM圖像[44]

采用電沉積法制備的Fe2O3為塊狀,其具有密度大、光生電子-空穴復(fù)合效率高、光吸收性強等特點,但沒有光生電流響應(yīng)[45]。采用電沉積法制備的樹枝狀Fe2O3具有密度大、光吸收較差、電子-空穴復(fù)合率高等特點,其光生電流小于0.018 mA/cm2[46]。采用陽極法制備的Fe2O3納米顆粒具有比表面積大、電子遷移路徑長、電極/電解質(zhì)作用較弱等特點,其光生電流為0.05 mA/cm2[47]。采用溶膠-凝膠法制備的介孔Fe2O3比表面積大,且電極/電解質(zhì)作用較高,其光生電流可達1.10 mA/cm2[48]。水熱法制備的Fe2O3納米棒和納米線電導(dǎo)率高,其光生電流可達1.24 mA/cm2[49]。水熱法制備的Fe2O3納米片具有很高的密度和超薄的厚度,其光生電流可達1.40 mA/cm2[50]。采用陽極法制備的Fe2O3納米管具有厚徑比高、壁薄等特點,其光生電流可達1.41 mA/cm2[51]。采用超聲噴霧熱解法制備的Fe2O3納米錐具有比表面積高、光吸收能力強等優(yōu)點,其光生電流高達2.42 mA/cm2[52]。采用化學(xué)氣相沉積法制備的菜花狀Fe2O3具有比表面積大、粒度小、結(jié)晶好、多孔等特點,其光生電流高達2.10 mA/cm2[53]。

由上可知,形貌的調(diào)控對α-Fe2O3光電性能影響較大,研究者為獲得具有更高光電性能的α-Fe2O3催化劑,采用復(fù)合、摻雜工藝考察了特殊形貌的α-Fe2O3催化劑的光電催化性能。M.Einert等[54]將中空結(jié)構(gòu)α-Fe2O3與氧化銦錫(ITO)納米晶體(Φ10 nm)材料復(fù)合,制得核殼結(jié)構(gòu)α-Fe2O3/ITO復(fù)合電極材料。光電性能測試結(jié)果表明,α-Fe2O3/ITO核殼結(jié)構(gòu)電極電流密度(3.90 μA/cm2)是中空 α-Fe2O3電極的 1.15倍,是致密α-Fe2O3電極的1.86倍,這是由于高導(dǎo)電性ITO納米粒子和α-Fe2O3界面的電荷載流子快速交換,從而抑制了半導(dǎo)體中電子-空穴的復(fù)合;中空α-Fe2O3電極的光電流密度(3.40 μA/cm2)是致密結(jié)構(gòu)α-Fe2O3電極的1.62倍,由此說明中空結(jié)構(gòu)α-Fe2O3納米纖維比致密結(jié)構(gòu)α-Fe2O3纖維具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率,這是因為中空纖維優(yōu)越的比表面積能很好地接觸電解質(zhì),提高了載流子運輸能力。

H.J.Ahn 等[55]以 FeCl3·6H2O 和 H3BO3為原料 ,水熱法合成了多孔結(jié)構(gòu)Fe2O3。由光電性能結(jié)果可知,多孔α-Fe2O3光電流密度是α-Fe2O3光電流的1.7倍。研究者認為在水熱過程中,H3BO3使Fe3+緩慢參與反應(yīng),控制了FeOOH納米棒形成速率,最后得到的α-Fe2O3納米棒中含有大小約15 nm的結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)不僅縮短了光生空穴傳輸距離,還增加了α-Fe2O3的比表面積,有效改善了α-Fe2O3的光電性能。該結(jié)構(gòu)為設(shè)計高效赤鐵礦基光電催化系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述,通過對Fe2O3形貌調(diào)控,可以有效縮短電子-空穴傳輸路徑,提高其光電化學(xué)性能。構(gòu)建高長徑比的納米線、納米棒、納米管等可縮短載流子到光陽極/電解液界面的距離,降低了光生電子-空穴的復(fù)合幾率;比表面積較大的Fe2O3催化劑光吸收面積大,光吸收性能強,使得其光電性能好。

3 改性后產(chǎn)氫活性

Fe2O3具有光生電子空穴易復(fù)合、電子空穴遷移距離短等缺點,通過調(diào)控形貌、摻雜等方式對Fe2O3進行改性,改性后的Fe2O3光電催化產(chǎn)氫性能極大提升。H.Jun等[56]采用原子層沉積法制備了蜂窩形α-Fe2O3光電極,在偏壓為1.23 V vs.RHE,光(大氣光學(xué)質(zhì)量 1.5 G)照 60 min 后,α-Fe2O3的實際產(chǎn)氫量(1.65 μmol/cm2)為其凈光電流理論產(chǎn)氫量(2.20 μmol/cm2)的 75%。A.Boudjemaa 等[57]采用均勻沉淀法制備Fe2O3/碳球復(fù)合物。在Na2SO4(pH=7)為電解質(zhì)的產(chǎn)氫體系中,F(xiàn)e2O3/碳球的產(chǎn)氫量(370.00 mol/cm2)是純相Fe2O3的產(chǎn)氫量(146.00 mol/cm2)的2.52倍。P.Kumar等[58]采用電沉積法將Zr4+摻入α-Fe2O3,結(jié)果表明,Zr4+摻雜量為2.0%的 Zr-α-Fe2O3的產(chǎn)氫量最高,為 80.00 μmol/cm2(0.6 V vs.SCE),α-Fe2O3的產(chǎn)氫量為 3.92 μmol/cm2。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn),Zr4+摻雜量為2.0%的Zr-α-Fe2O3太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的轉(zhuǎn)化效率(1.43%)遠高于純相α-Fe2O3的太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的轉(zhuǎn)化效率(0.07%)。D.Chu等[59]首先采用水熱法將Zn摻入α-Fe2O3,制備了不同摻雜量Zn的α-Fe2O3(Zn)光陰極材料。結(jié)果表明,隨Zn摻雜量增加,α-Fe2O3(Zn)的產(chǎn)氫量呈先增后降趨勢,3%Zn摻雜的α-Fe2O3(Zn)的產(chǎn)氫量(6.90 μmol/cm2)最大,2% 和 4%Zn 摻雜的 α-Fe2O3(Zn)的產(chǎn)氫量分別為 4.00 μmol/cm2和 5.40 μmol/cm2。

4 結(jié)論與展望

Fe2O3禁帶寬度窄,是一種可見光響應(yīng)催化劑,在光電催化領(lǐng)域深受歡迎。為提高Fe2O3的光電性能,可通過“結(jié)”構(gòu)建、摻雜和形貌調(diào)控對Fe2O3光電極進行改性,為將來設(shè)計廉價、高效Fe2O3基光電催化系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。然而,未來Fe2O3在光電催化領(lǐng)域發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn),如Fe2O3光聚合引發(fā)效率低、光催化有機合成轉(zhuǎn)化率低以及光電催化應(yīng)用體系有限等均需要攻關(guān)克難。因此,尋求Fe2O3光電催化劑的高效改性方法、拓展Fe2O3光電催化反應(yīng)體系范圍等都將成為Fe2O3光電催化劑制備和應(yīng)用的研究方向。隨著Fe2O3催化劑研究的不斷深入,F(xiàn)e2O3催化性能與催化反應(yīng)類型進一步提升和拓寬,相信Fe2O3催化劑在未來光電催化領(lǐng)域?qū)⒂懈訌V闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

猜你喜歡
光生載流子空穴
我國首次“拍攝”到光生電荷轉(zhuǎn)移演化圖像
收縮擴張管內(nèi)液氮空化流動演化過程試驗研究1)
Sb2Se3 薄膜表面和界面超快載流子動力學(xué)的瞬態(tài)反射光譜分析*
原位光沉積制備Z型α?Fe2O3/g?C3N4異質(zhì)結(jié)及其可見光驅(qū)動光解水產(chǎn)氫性能
可見光催化劑氧化鉍的改性研究進展
噴油嘴內(nèi)部空穴流動試驗研究
NPAN/Ag/Ag3PO4光催化降解RhB的活性及穩(wěn)定性研究
高壓大功率晶閘管反向恢復(fù)物理過程建模與計算*
基于可見光通信的LED載流子清除電路設(shè)計
酞菁銅I睼特性研究
灵寿县| 渭南市| 新疆| 余庆县| 门源| 濮阳县| 沁水县| 武城县| 布尔津县| 铜鼓县| 松潘县| 长宁区| 项城市| 红原县| 仁布县| 龙里县| 德格县| 莱阳市| 绍兴市| 阳城县| 房山区| 定边县| 紫金县| 巴林左旗| 新津县| 平顺县| 宜良县| 余江县| 广平县| 宁强县| 漠河县| 海丰县| 宁城县| 武穴市| 永平县| 图木舒克市| 黑水县| 定日县| 镇雄县| 平远县| 璧山县|