研究目的
通过构建集成光阳极(在掺杂BiVO4上修饰NiFe-LDH纳米片)来提高太阳能光电化学(PEC)水分解效率,以应对化石燃料燃烧引发的能源?;突肪澄廴疚侍?。
研究成果
掺杂钼的BiVO4与NiFe-LDH三元复合光阳极显著提升了光电化学水氧化性能,表现为光电流密度增加、起始电位阴极偏移、IPCE值提高以及稳定性改善。这种增强源于掺杂与助催化的协同效应,提高了载流子浓度和电荷分离效率。该研究为高效低成本光阳极提供了可行方案,并为后续优化及应用规?;芯恐该髁朔较颉?/p>
研究不足
该研究仅限于特定电解质条件(0.1 M Na2SO4,pH 7)下的实验室规模实验。潜在优化方向包括扩大规模以实现实际应用、探索其他掺杂剂或助催化剂,以及将长期稳定性提升至8000秒以上。NiFe-LDH的过度沉积可能影响性能,表明需要精确控制。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用改进的金属有机分解技术制备BiVO4和Mo掺杂BiVO4光阳极,通过电沉积法修饰NiFe-LDH。理论模型包括Mott-Schottky分析和EIS等效电路拟合。
2:样品选择与数据来源:
样品包括纯BiVO4、Mo掺杂BiVO4(BiV0.98Mo0.02O4、BiV0.97Mo0.03O4、BiV0.96Mo0.04O4)及NiFe-LDH修饰变体。数据来自XRD、SEM、HRTEM、EDS、XPS、UV-vis和PEC测试。
3:Mo掺杂BiVO4(BiV98Mo02OBiV97Mo03OBiV96Mo04O4)及NiFe-LDH修饰变体。数据来自XRD、SEM、HRTEM、EDS、XPS、UV-vis和PEC测试。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:FTO玻璃、硫酸钠、硝酸铋、乙酰丙酮钒、二甲基亚砜、硝酸镍、硫酸亚铁、醋酸。设备包括岛津XRD-6000衍射仪、带EDS的SEM、JEOL JEM-2010高分辨透射电镜、Thermo VG ESCALAB250 XPS、紫外可见光谱仪、CHI660A电化学工作站、300W氙灯。
4:实验流程与操作步骤:
通过前驱体溶液涂覆FTO基底、煅烧后,在-1.0V(vs.Ag/AgCl)下电沉积不同电荷量的NiFe-LDH,表征结构形貌,在三电极体系中使用0.1M Na2SO4电解液进行光照PEC测试,测量IPCE、EIS、Mott-Schottky曲线、稳定性测试及产氧性能。
5:0V(vs.Ag/AgCl)下电沉积不同电荷量的NiFe-LDH,表征结构形貌,在三电极体系中使用1M Na2SO4电解液进行光照PEC测试,测量IPCE、EIS、Mott-Schottky曲线、稳定性测试及产氧性能。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:使用ZView软件进行EIS拟合,采用能带隙计算方程、IPCE、载流子浓度和法拉第效率公式,对光电流密度和效率进行统计分析。
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X-ray diffractometer
XRD-6000
Shimadzu
Used for crystallographic information observation of samples with Cu Kα radiation.
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High-resolution transmission electron microscopy
JEM-2010
JEOL
Used for recording HRTEM images with an accelerating voltage of 200 kV.
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X-ray photoelectron spectrum
ESCALAB250
Thermo VG
Used for recording XPS spectra with Al Ka X-ray excitation source.
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FTO glass
resistance: 14 Ω/square; thickness: 2.2 mm
WuHan Jinge-solar Energy Technology Co.Ltd
Used as a substrate for fabricating photoanodes in the experiment.
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Scanning electron microscopy
Used for morphology observation combined with EDS for composition analysis.
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Ultraviolet-visible absorption spectrometer
CRAIC 20/30 PV
Used for measuring UV-vis absorption spectra with an integrating sphere attachment.
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Electrochemical workstation
CHI660A
Used for all PEC measurements in a three-electrode system.
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Xe lamp
300 W
Used as a light source for illumination during PEC measurements.
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