研究目的
开发一种可扩展的基于颗粒的光阳极制备工艺,并研究从实验室规模(1平方厘米)放大到演示规模(40平方厘米)对LaTiO2N光阳极在光电化学水分解中性能的影响。
研究成果
成功开发出了可扩展的制造工艺,但将电极尺寸扩大到40平方厘米时,光电流密度出现了显著损失,尤其是对于高性能配置而言。提高基材导电性仅能挽回少量损失,且电极尺寸效应明显,未来需与建模研究合作,以优化大规模应用中的电极几何形状和接触点。
研究不足
放大过程中,大尺寸电极在氨气中均匀退火面临挑战,改用空气退火导致性能下降。电荷传输问题依然存在,且大尺寸电极的光电流密度显著降低,表明衬底导电性和电势分布存在局限性。该研究受限于特定材料和条件,需进一步模拟才能全面理解。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用电泳沉积、空气或氨气中退火以及浸涂工艺制备可扩展的光阳极制备流程。所选方法兼顾规?;尚行杂氲绾纱浔U夏芰?。
2:样品选择与数据来源:
合成并使用了LaTiO2N(LTON)颗粒及LTON/多壁碳纳米管(MWCNT)复合材料。电极制备于1 cm2和40 cm2两种规格的FTO基底上。
3:实验设备与材料清单:
设备包括超声搅拌器(Bandelin SONOPLUS HD 3100)、X射线衍射仪(PANalytical X'Pert PRO)、扫描电子显微镜(FEI NovaNanoSEM)、轮廓仪(Bruker DektakX)、紫外-可见分光光度计(Shimadzu UV-3600)、光学显微镜(Zeiss Axioplan)、恒电位仪(VersaSTAT 4)、氙灯(Lot Oriel)及气相色谱仪(Inficon)。材料包含FTO基底(Solaronix TCO22-15和TCO11-7)、碘(Sigma-Aldrich)、丙酮(Merck)、四氯化钛、五氯化钽、硝酸镍、硝酸钴、硫酸钠、氢氧化钠及氨气。
4:0)、X射线衍射仪(PANalytical X'Pert PRO)、扫描电子显微镜(FEI NovaNanoSEM)、轮廓仪(Bruker DektakX)、紫外-可见分光光度计(Shimadzu UV-3600)、光学显微镜(Zeiss Axioplan)、恒电位仪(VersaSTAT 4)、氙灯(Lot Oriel)及气相色谱仪(Inficon)。材料包含FTO基底(Solaronix TCO22-15和TCO11-7)、碘(Sigma-Aldrich)、丙酮(Merck)、四氯化钛、五氯化钽、硝酸镍、硝酸钴、硫酸钠、氢氧化钠及氨气。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:通过磁力搅拌(1 cm2)或超声搅拌(40 cm2)进行电泳沉积制备电极,经TiCl4溶液浸渍缩颈处理后,实验室规模采用氨气退火,规模化生产采用空气退火。可选催化剂涂层(Ta2O5、NiOx、CoOx)通过浸涂与退火施加。表征手段包括XRD、SEM、轮廓仪、紫外-可见光谱、光学显微镜,以及三电极体系(铂对电极/Ag/AgCl参比电极)在AM1.5G光照下的光电化学测试。
5:NiOx、CoOx)通过浸涂与退火施加。表征手段包括XRD、SEM、轮廓仪、紫外-可见光谱、光学显微镜,以及三电极体系(铂对电极/Ag/AgCl参比电极)在AM5G光照下的光电化学测试。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:通过比较1.23 V vs. RHE条件下的光电流密度、正反面光照比例、气相色谱法测定的法拉第效率及重复性统计评估等方法分析数据。
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获取完整内容-
X-ray diffractometer
X'Pert PRO
PANanalytical
Used for structural characterization of materials via X-ray diffraction.
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Scanning electron microscope
NovaNanoSEM
FEI
Used for morphological study of particles and electrodes.
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Profilometer
DektakX
Bruker
Used to measure film thickness of electrodes.
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UV-Vis spectrophotometer
UV-3600
Shimadzu
Used to acquire UV-Vis transmission spectra of electrodes.
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Optical microscope
Axioplan
Zeiss
Used to study electrode morphology via optical microscopy.
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Potentiostat
VersaSTAT 4
Used for photoelectrochemical measurements, including current density acquisition.
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Xe lamp
Lot Oriel
Used as a light source for illumination during photoelectrochemical experiments.
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Gas chromatograph
Inficon
Used to measure gas evolution (H2, O2, N2) for Faraday efficiency calculations.
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Ultrasonic stirrer
SONOPLUS HD 3100
Bandelin
Used for homogenizing suspensions during electrophoretic deposition of large electrodes.
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FTO substrate
TCO22-15
Solaronix
Used as a conducting substrate for electrode fabrication.
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FTO substrate
TCO11-7
Solaronix
Used as an alternative conducting substrate with lower resistivity.
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