研究目的
通过溶液法制备超薄SnS2纳米片,在其表面生长Pt,并测试其作为光阳极用于光电化学水氧化的性能,以提高太阳能转换效率。
研究成果
超薄SnS2-Pt纳米异质结构由于薄层SnS2纳米片和适宜Pt接触促进了高效电荷分离与转移,显著提升了光电化学水氧化性能。最佳Pt负载量(2.9 mol%)产生最高光电流,而更高负载量会因形成较大Pt颗粒导致性能下降。该研究展示了太阳能转化应用的潜力,并对未来控制Pt尺寸与覆盖度的研究方向提出了建议。
研究不足
在高铂负载量下,由于铂颗粒尺寸增大,性能会下降,这可能导致电子接触不良和复合增加。合成产率和可扩展性可能受限,且长期稳定性随时间推移会出现一定程度的退化。
1:实验设计与方法选择:
采用热注射溶液法合成超薄SnS?纳米片,随后通过原位还原沉积Pt纳米颗粒。利用光电化学测试、Mott-Schottky分析和PEC阻抗谱评估性能。
2:样品选择与数据来源:
SnS?纳米片由五水合四氯化锡和硫粉合成,Pt通过乙酰丙酮铂(II)沉积。样品表征技术包括XRD、TEM、SEM、XPS、FTIR、UV-Vis和PL光谱。
3:实验设备与材料清单:
化学品含SnCl?·5H?O、硫粉、THF、1,2-十六烷二醇、DCB、二苯醚、乙酰丙酮铂(II)、油胺、油酸、1-十八烯、甲苯、己烷、异丙醇、乙醇、Milli-Q水、NH?SCN、Nafion、Na?SO?。设备包括布鲁克D8 ADVANCE X射线衍射仪、蔡司LIBRA 120 TEM、FEI Tecnai F20 HRTEM、蔡司Auriga SEM、SPECS XPS系统、布鲁克FTIR光谱仪、珀金埃尔默LAMBDA 950 UV-Vis分光光度计、堀场JobinYvon Fluorolog-3荧光光谱仪、万通Autolab电化学工作站。
4:实验流程与操作步骤:
SnS?合成包括将SnCl?·5H?O溶于含ODE、OAc和OAm的THF,加热至140°C后升至220°C,注入S-OAm溶液反应1小时,冷却离心洗涤。SnS?-Pt合成涉及将苯醚与1,2-十六烷二醇、OAm、OAc加热至140°C,加入Pt前驱体和DCB中的SnS?,超声后于200°C注射反应10分钟,冷却洗涤。配体交换使用NH?SCN溶液。PEC测试采用三电极体系(Pt网对电极、Ag/AgCl参比电极、FTO工作电极、Na?SO?电解液、氙灯光源)。
5:数据分析方法:
XRD用于物相鉴定,TEM/SEM观察形貌,XPS分析成分,FTIR检测配体去除,UV-Vis测定吸收,PL分析复合,PEC测量电流密度,PEIS和Mott-Schottky分析阻抗及平带电位(使用ZView软件)。
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X-ray diffractometer
D8 ADVANCE
Bruker
Obtain powder X-ray diffraction patterns for phase identification.
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Transmission electron microscope
LIBRA 120
ZEISS
Characterize morphology and structure of nanoplates.
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High-resolution transmission electron microscope
Tecnai F20
FEI
Obtain high-resolution images and electron energy loss spectroscopy.
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Scanning electron microscope
Auriga
ZEISS
Analyze surface morphology and composition with EDX.
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Fourier transform infrared spectrometer
Alpha
Bruker
Perform FTIR spectroscopy for ligand analysis.
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UV-Vis spectrophotometer
LAMBDA 950
PerkinElmer
Record UV-Vis absorption spectra.
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Electrochemical workstation
Autolab
Metrohm
Perform photoelectrochemical measurements.
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X-ray photoelectron spectroscopy system
SPECS system
SPECS
Analyze chemical composition and states.
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Spectrofluorometer
Fluorolog-3
Horiba JobinYvon
Record steady-state photoluminescence spectra.
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FTO
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