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二氧化钛/钛电极对有机化合物的光电化学性能
摘要: 采用有机化合物研究了TiO?/Ti电极的光电化学性能。该TiO?/Ti电极通过25 V偏压阳极氧化4小时制备,随后在450°C煅烧获得锐钛矿晶型。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDX)进行表征。XRD图谱显示TiO?具有锐钛矿相,其特征2θ峰位于37.93°、63.00°和83.00°。SEM-EDX数据显示Ti板表面形成了由Ti(4.5 keV)和O(0.5 keV)元素组成的TiO?层。此外,在添加电解质的情况下,对三种有机化合物(抗坏血酸、葡萄糖和钛黄)的光电化学传感表明,TiO?/Ti电极的线性度分别为0.937、0.968和0.938;而不添加电解质时则分别为0.998、0.989和0.923。
关键词: 二氧化钛/钛,有机化合物,光电化学,电极
更新于2025-09-09 09:28:46
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与化学喷雾热解法制备的α-Fe2O3和ZnxFe3-xO4薄膜相比
摘要: 本研究描述了通过化学喷雾热解法(CSP)制备的赤铁矿(α-Fe?O?)和ZnxFe?-xO?薄膜。CSP方法能实现对化学计量比和杂质掺入的精准调控,同时制备了经Zn2?改性的赤铁矿薄膜。赤铁矿最突出的特性在于其在中性和碱性溶液中的稳定性、资源丰富性以及带隙能量(2.0-2.2 eV),使其可吸收约40%的地球入射太阳光谱。然而赤铁矿电极的水氧化性能受限于其较差的电荷传输特性——低导电率与载流子迁移率,且光激发电子-空穴对寿命短暂(~10?12秒),导致空穴扩散长度也较短(2-4纳米)。通过掺杂可改善赤铁矿的电荷传输性能:我们证实采用二价金属阳离子掺杂能提升赤铁矿导电性,进而增强其光催化性能,并获得良好的光电化学效果。因此重点研究了铁氧化物及锌掺杂铁氧化物体系,系统表征了α-Fe?O?和ZnxFe?-xO?的结构、光学及磁学特性:采用XRD、XPS、拉曼、场发射扫描电镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)进行结构分析;利用吸收光谱研究光学性质;通过霍尔效应和振动样品磁强计(VSM)测定磁学性能。
关键词: 赤铁矿,薄膜,光电化学(PEC),锌掺杂氧化铁
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过顺序化学浴沉积法制备的负载银的二氧化钛纳米管阵列在水分解中的光电化学活性
摘要: 我们报道了通过向TiO2纳米管中负载银纳米颗粒显著改善其光电化学(PEC)性能的研究。采用不同沉积循环次数的顺序化学浴沉积法(S-CBD)将银纳米颗粒负载于纳米管上。场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和能量色散X射线分析(EDX)等多种表征手段均证实银纳米颗粒已沉积在TiO2纳米管内外表面。此外,通过线性扫描伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱对样品的PEC性能进行了研究。PEC分析明确显示,负载银的样品光电化学活性显著高于未处理的TiO2纳米管(约3倍)。这主要源于等离子体效应增强了光吸收,同时负载银的样品相比未处理纳米管具有更优的电子-空穴对分离与传输能力。所有结果表明,在裸TiO2纳米管上进行8次S-CBD银负载时获得了最高效率。
关键词: 二氧化钛纳米管、顺序化学浴沉积、水分解、光电化学、银纳米颗粒
更新于2025-09-09 09:28:46
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具有多高指数晶面的BiVO?光阳极上增强的水氧化活性和动力学
摘要: BiVO4光阳极的晶面对其电荷转移分离性能及水氧化动力学具有潜在影响。本研究通过简便的Bi2O3模板诱导法合成了暴露{121}、{132}、{211}和{251}高指数晶面的BiVO4多面体薄膜,并将其作为水氧化光阳极进行研究。与仅含单一高指数晶面{121}的常规BiVO4薄膜相比,具有多重高指数晶面的BiVO4薄膜展现出更高的光电流活性和更快的水氧化动力学。具体而言,在0.1 M Na2SO4溶液中,该多高指数晶面BiVO4光阳极在1.23 V(vs可逆氢电极RHE)下获得1.21 mA/cm2的光电流密度,较常规BiVO4光阳极(1.23 V时为0.61 mA/cm2)提升约200%。此外,在相同电解液中,所制备BiVO4光阳极的水氧化起始电位负移300 mV(0.22 V vs RHE),而常规BiVO4光阳极为0.52 V vs RHE。虽然紫外-可见吸收特性和水氧化路径未改变,但多重高指数晶面BiVO4薄膜的电荷转移分离性能及整体水氧化动力学显著增强。理论计算表明,H2O分子在BiVO4{121}和{132}高指数晶面上的吸附能,相较于{010}和{110}低指数晶面更有利于后续解离氧化。此外,BiVO4{121}和{132}高指数晶面上水氧化的决速步骤转变为两个质子与氧原子反应生成OOH物种的过程(O + H2O(l) + 2H+ + 2e? → OOH + 3H+ + 3e?),这与{010}和{110}低指数晶面上H2O解离为OH的决速步骤(2H2O(l) + → OH + H2O(l) + H+ + e?)不同。同时,BiVO4{121}和{132}高指数晶面上水氧化决速步骤的过电位也低于{010}和{110}低指数晶面。
关键词: 光阳极,BiVO4,高指数晶面,水氧化,光电化学
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过化学浴沉积及后续硫化法制备的Sb?O?/Sb?S?异质结复合薄膜光阳极
摘要: 通过化学浴沉积和后续硫化法合成了新型可见光驱动的Sb2O3/Sb2S3光电极。在模拟太阳光下,该电极在1.23 V(vs. RHE)电位处实现了0.35 mA/cm2的光电流密度,而纯Sb2O3在相同条件下的光电流密度仅为0.008 mA/cm2。光电流密度的显著提升归因于Sb2S3复合带来的光吸收增强和电荷转移效率提高。这种Sb2O3/Sb2S3异质结策略在可见光驱动的光电化学水分解领域展现出应用潜力。
关键词: 异质结、光电化学、Sb2O3/Sb2S3、可见光驱动、水分解
更新于2025-09-09 09:28:46
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光充电Fe?TiO?/Fe?O?光阳极用于增强光电化学水氧化
摘要: 光充电是一种新颖且有效的光阳极处理方法,可提升光电化学水分解性能。本研究制备了光充电处理的Fe2TiO5/Fe2O3复合光阳极,其光电流密度显著提高。此外,该光充电效应可通过黑暗条件下的放电处理消除。通过X射线吸收光谱和电化学阻抗谱分析发现,光充电效应源于界面处形成Fe(IV)中间体,从而加速水氧化动力学过程。该研究揭示了赤铁矿中光充电效应的作用机制,为高效水分解催化剂的设计提供了重要理论依据。
关键词: 光阳极,Fe2TiO5/Fe2O3,水氧化,光充电,光电化学
更新于2025-09-04 15:30:14
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具有自由界面能垒的微流控增强型三维光阳极,用于光电化学应用
摘要: 平面光电解器件反应动力学迟缓与界面传质效率低下严重制约其工业应用。本研究提出三维贯通式光阳极设计原理:通过自由电子转移界面屏障与微流控通道实现反应物输运。在碳布(CC)上外延生长具有内建静电场的各向异性ZnO纳米棒,成功实现了光生载流子的空间分离。实验表征证实形成了无肖特基势垒的低电阻电子转移界面,使起始电位显著降低。与传统平面FTO/ZnO光阳极相比,贯通式CC/ZnO光阳极对罗丹明B的降解动力学提升4倍,对双酚A提升3倍。流体动力学模拟表明贯通模式大幅增强了微尺度流速及反应物传质效率。该研究为光电解化学应用中的三维微流控增强系统设计提供了理想平台。
关键词: 质量传递,流过式光阳极,内部静电场,肖特基势垒,光电化学
更新于2025-09-04 15:30:14
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探索独立式TiO?纳米管阵列在透明导电氧化物电极上的光电催化行为:辐照方向与排列方向的对比
摘要: 尽管通过电化学阳极氧化在钛基底上生长的一维二氧化钛纳米管阵列(TNA)在光电化学领域已被广泛研究,但脱离钛基底的TNA光(电)催化活性仍属未知。本研究采用两步电化学阳极氧化法合成了孔径(40-100纳米)和管长(4-15微米)各异的TNA样品,并将其以正向(n型,正面朝外)和反向(r型,背面朝外)排列方式转移至透明导电氧化物(氟掺杂氧化锡,FTO)基底。基于X射线衍射(锐钛矿结构)、X射线光电子能谱(Ti与O元素)及紫外-可见透射数据,所制备TNA薄膜的正反面具有相同特性,尽管管口朝前而管背封闭。无论光照方向如何(SE:FTO→TNA;EE:TNA→FTO),较长纳米管因更强的光吸收产生更高光电流(Iph)。但对于同向排列的TNA(n型或r型),SE照射产生显著更大的Iph(如nSE>nEE);而在给定光照方向下,n型TNA始终比r型产生更大Iph(即n>r)。苯酚的光催化分解趋势相同(n>r),但基于光生电荷的法拉第效率显示EE照射(nEE 28%,rEE 20%)高于SE照射(rSE 11%,nSE 7%)。这些光电化学与光催化行为可通过载流子产生机制(FTO/TNA与TNA/溶液界面)、差异化的载流子传输路径(电子通过管状框架传输,空穴通过径向传输)以及管口开闭状态下的管/溶液界面电荷注入来解释。研究还通过时间分辨光致发光(TRPL)发射谱和入射光子-电流转换效率(IPCE)进一步探究了电荷转移动力学。
关键词: 光催化、阳极氧化、电荷转移、光电化学、形貌
更新于2025-09-04 15:30:14
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采用微量铂表面修饰的Rh掺杂SrTiO3光电极实现水分解制氢:基于非均相动力学分析的见解
摘要: 本文报道了采用掺铑钛酸锶(表面修饰微量铂纳米颗粒)进行光催化水分解制氢的电化学研究。通过添加铂纳米颗粒旨在提升光电极的电荷转移效率,同时探究表面共催化对电荷转移与复合过程的平衡调控作用。采用光电化学阻抗谱研究了中性pH水溶液中析氢反应的动力学过程,基于非均相动力学模型解析实验阻抗数据,通过最佳实验-计算拟合确定了宽电位范围内的微观速率参数。研究发现电荷转移速率常数(kt)与复合速率常数(kr)均随外加电位呈指数变化,kt的电位依赖性分析得出Butler-Volmer传递系数为0.21,kr的电位依赖性分析确定非理想因子b=0.04(理想界面b=1),证实该界面存在显著非理想特性,这种非理想行为归因于高密度表面态的存在。研究还测量并分析了反型条件下的空间电荷电容——即当施加强反向偏压使该p型半导体表面呈现n型导电性时的特性。
关键词: 水分解、动力学、光电化学、氢气
更新于2025-09-04 15:30:14
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可见光诱导下通过硝酸盐法制备的异质结Ag/NiO产氢
摘要: 通过硝酸盐路线原位制备的异质结Ag/NiO(5/95 wt%)光电化学研究表明,该材料在可见光下具有产氢光活性。X射线衍射图谱显示Ag和NiO特征峰窄而尖锐。敏化剂NiO的直接光学带隙(1.51 eV)与太阳光谱良好匹配。作为n型半导体,其导带电位(-0.35 VSCE,电容法测定)比H2O/H2能级(约-0.3 VSCE)更负,可在可见光下实现水还原反应,且光活性峰值出现在pH≈13条件下。激发电子转移至Ag团簇后,因氢过电位较低(约160 μmol),促使水分解为气态氢。在可见光照射(3.42×1018光子·秒-1)约10分钟内,测得量子转换效率为0.11%,氢气析出速率为96 μmol·小时-1·毫克-1。催化剂经多次连续光催化循环测试后,每循环出现约7%的失活效应,证实其稳定性和可重复性。在250°C动态真空加热处理可使催化剂恢复初始光活性。
关键词: 异质结Ag/NiO,氢气,半导体,光电化学
更新于2025-09-04 15:30:14