研究目的
为解决尚未通过实验确定暗电极对光电化学系统整体性能影响的问题,提出一种可同时测量光电流以及光电极与暗电极实时电位的新颖电化学方法。
研究成果
该方法能够同时测量光电流和电位,揭示出光电流受光电极和暗电极共同影响,且实际能带位置与传统测量结果存在差异。该研究为深入理解光电化学机制提供了新视角,并对开发各类相关系统具有实用价值。
研究不足
该方法需要使用两台恒电位仪进行仔细设置和同步,操作可能较为复杂;其演示仅针对特定体系(氧化锌阳极),其他材料可能需要验证;参比电极间的电位差异可能引入微小误差。
1:实验设计与方法选择:
采用一种新型电化学方法,使用两台恒电位仪同步测量分置在不同电解池中的光照电极与黑暗电极电位,通过盐桥和开关控制连接,并利用电阻进行电流测量。
2:样品选择与数据来源:
以ZnO单晶作为光阳极,铂箔或304不锈钢作为黑暗阴极,电解液选用0.5 M Na2SO4、0.5 M H2SO4或3.5% NaCl溶液,乙醇作为空穴捕获剂。
3:5 M Na2SO5 M H2SO4或5% NaCl溶液,乙醇作为空穴捕获剂。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:恒电位仪(Bank Wenking型号LB 81M、Gamry Interface 1010E)、Ag/AgCl参比电极、盐桥(3 M KCl琼脂凝胶)、数据采集卡(PCI 6251,美国国家仪器公司)、氙灯照明系统及各类化学试剂(Na2SO4、NaCl、H2SO4、乙醇)。
4:1M、Gamry Interface 1010E)、Ag/AgCl参比电极、盐桥(3 M KCl琼脂凝胶)、数据采集卡(PCI 6251,美国国家仪器公司)、氙灯照明系统及各类化学试剂(Na2SONaCl、H2SO乙醇)。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:电极分别连接于两个电解池;通过高阻抗电压表测量电位;利用电阻测量电流;周期性施加光照;采用自主开发的IgorPro程序实现数据同步存储。
5:数据分析方法:
通过分析电位瞬态变化、光电流、电化学阻抗谱及动电位曲线,探究能带位置、能带弯曲及反应动力学特性。
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Potentiostat
LB 81M
Bank Wenking
Used as a high-impedance voltmeter to measure the potential of the photo electrode.
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Potentiostat
Interface 1010E
Gamry
Used as a high-impedance voltmeter to measure the potential of the dark electrode.
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Data Acquisition Card
PCI 6251
National Instruments
Used to convert small current to voltage for measurement.
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Xenon Lamp
Used for periodic illumination of the photo electrode.
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Ag/AgCl Electrode
Used as a reference electrode for potential measurements.
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ZnO Single Crystal
Hefei Crystal Technical Material Company
Used as the photo anode in the experiments.
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