研究目的
研究具有分级纳米孔和纳米裂纹的碗状ZnO/CdS纳米复合薄膜的制备与优化，以实现高性能光电化学性能。
研究成果
优化后的ZnO/CdS纳米复合薄膜因其层级纳米孔和纳米裂纹结构而展现出增强的光电化学性能，这些结构有利于物质传输与电荷分离。该薄膜实现了高光电流密度和太阳能-电能转换效率，证明了其作为高效太阳能转换光阳极的潜力。
研究不足
该研究聚焦于ZnO与CdS负载量的优化及复合薄膜的结构设计。潜在局限性包括制备方法的可扩展性以及薄膜在长期光电化学运行中的稳定性。
1：实验设计与方法选择
本研究采用两步法，先通过气/液界面组装和逐层转移制备碗状氧化锌纳米颗粒，再利用连续离子层吸附与反应(SILAR)法进行硫化镉纳米颗粒敏化。
2：样品选择与数据来源
碗状氧化锌纳米颗粒通过简单溶液化学反应制备。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和紫外-可见吸收光谱对ZnO/CdS复合薄膜进行表征。
3：实验设备与材料清单
乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)、氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、硫化钠(Na2S·9H2O)、氢氧化钠(NaOH)、无水乙醇、十二烷基硫酸钠(SDS)、Millipore纯水系统；扫描电镜(Merlin Compact, Carl ZEISS)、透射电镜(JEOL-2100)、X射线衍射仪(Bruker D8 Discover)、拉曼光谱仪(DXR Micro-Raman Spectroscopy System, Thermo Fisher Scientific)、紫外-可见分光光度计(UV-3310, Hitachi)、电化学工作站(CHI 660C, 中国辰华)。
4：实验步骤与操作流程
1. 通过溶液化学反应制备碗状氧化锌纳米颗粒；2. 采用气/液界面组装和逐层转移法构建ZnO纳米颗粒薄膜；3. 利用SILAR法用CdS纳米颗粒敏化ZnO薄膜；4. 通过SEM、TEM、XRD、拉曼光谱和紫外-可见吸收光谱对薄膜进行表征；5. 采用三电极体系进行光电化学测试。
5：数据分析方法
数据分析包括：根据紫外-可见吸收光谱计算光学带隙，通过电化学阻抗谱测定电荷转移电阻，以及通过光电流密度测量评估光电化学性能。
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SEM
Merlin Compact
Carl ZEISS
Morphological imaging of ZnO films before and after modification with CdS
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TEM
JEOL-2100
JEOL
Transmission electron microscopy imaging of ZnO/CdS composites
-
XRD
Bruker D8 Discover
Bruker
Characterization of the crystalline structure of the ZnO/CdS film
-
Raman Spectroscopy System
DXR Micro-Raman
Thermo Fisher Scientific
Measurement of Raman spectra of ZnO films before and after modification with CdS
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UV-vis Spectroscope
UV-3310
Hitachi
Recording of UV-vis absorption spectra of the ZnO films before and after modification with CdS
-
Electrochemical Workstation
CHI 660C
Chenhua
Testing of PEC performances with a three-electrode system
-
Solar Simulator
CHF-XM-500W
Changtuo
Providing visible light illumination for photoelectrochemical measurements
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