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自从上世纪70年代Fujishma和Honda第一次发现光催化分解水制氢现象以来,利用氢能这一理想的清洁能源替代化石燃料就引发人们的广泛关注。通过光电化学分解水制氢技术可以实现将可再生的太阳能转换为氢能储存使用。自此后,寻找和制备稳定高效、无毒无污染的半导体光电极材料成为光电催化研究的重点。在光阳极表面引入电催化剂是促进光阳极表面氧化反应的有效途径。在电解水的催化剂选择上面,传统上认为良好的电导率是一个典型的参考标准,催化剂的导电率越高,催化剂的性能越好。Ni基和Co基电催化剂因其催化活性高、化学稳定性好、毒性低而广泛应用于电解水。Bi系氧化物材料光学带隙较低,有利于可见光的吸收被普遍用于光催化。本论文主要以金红石相的TiO2为衬底,分别复合电催化剂Ni(OH)2、Co(OH)2和具有铁电性的钙钛矿材料BiFeO3(BFO)进行改性。在光吸收和光生载流子分离率方面,复合半导体材料均展现出明显的提升。对本论文的主要研究内容概括如下:(1)通过溶胶-凝胶旋涂法制备了 TiO2薄膜,控制旋涂的次数和转速得到均匀平滑的纳米薄膜。我们在TiO2薄膜表面通过电沉积方法合成Ni(OH)2电催化剂,并调节沉积时间,研究不同厚度的Ni(OH)2层对光电化学性能的影响。随着Ni(OH)2厚度的增加,光电流密度增加,但不是无限增强,有一个最优沉积时间,过量的Ni(OH)2会减弱光电极的光响应能力。将TiO2/Ni(OH)2复合光阳极分别与纯TiO2薄膜的光电化学性能进行比较,实验结果表明:与单一的薄膜光电极相比,修饰了电催化剂的复合光阳极展现出更强的光电流密度且起始电压也发生了负移,降低了过电位,究其原因是Ni(OH)2的电催化性能和复合光阳极材料的改性让界面的电子传输能力得到了改善。(2)在(1)的基础上,通过电沉积计时电流法合成了另一种由轻薄的蝉翼状的纳米片自组装而成的花状Co(OH)2电催化剂,这一形貌不仅增大了比表面积,减少了光生载流子的复合而且也增强了对光的散射能力。这一次除了控制沉积时间,我们还进一步研究了电解液浓度对光电催化性能的影响。TiO2/Co(OH)2光阳极在可见光下获得更高的电流密度,是由于电催化剂提供了氧化活性位点,降低了催化表面反应所需的活化能,有效地抑制光生电子-空穴对的复合。(3)在(1)中制备的TiO2薄膜上采用溶胶-凝胶法旋涂,高温煅烧后得到均匀致密的BFO薄膜。实验结果发现,TiO2/BFO复合薄膜大大拓宽了 TiO2在可见光区域的吸收,促进了光生载流子的产生,而且复合薄膜在1.5V vs.SCE处获得最高的电流密度达到11mA/cm2,约是纯TiO2薄膜的20倍,这主要得益于BFO的铁电性使与之接触的TiO2能带发生向上弯曲,有效地推动了界面载流子的分离和传导。在此基础上,我们还对其施加了不同方向的电压进行极化,探索了极化对BFO的内建电场和接触半导体界面能带弯曲程度的影响。