【摘 要】
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日益严重的环境污染和能源短缺问题促使着人们寻找一种可替代传统能源的清洁能源。氢气是一种清洁的能源,其燃烧产物是水,对环境无污染。光解水制氢是制备氢气的一种重要方法
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日益严重的环境污染和能源短缺问题促使着人们寻找一种可替代传统能源的清洁能源。氢气是一种清洁的能源,其燃烧产物是水,对环境无污染。光解水制氢是制备氢气的一种重要方法,但目前这种方法的制氢效率还很低。光解水制氢是一个由热力学和动力学共同决定的过程,因此需要从这两个方面入手去研究。由于并非所有半导体材料都满足光解水的要求,我们需要找出合适的半导体材料,尤其是能够响应可见光、同时具有高效率光电催化的半导体材料,从而克服光解水制氢中能量转换效率低的问题。赤铁矿（α-Fe2O3）具有合适的带隙宽度,且具有廉价、无毒性、稳定性好的优点,是一种好的可用作光电阳极的材料,但它同时具有差的导电率、短的扩散长度、析氧动力学过程缓慢等缺点。本论文以α-Fe2O3作为基材料,通过高温退火、离子掺杂和构建异质结,抑制α-Fe2O3的光生载流子复合率,提高其分离效率,进而提高光生电流密度。本论文的主要研究内容如下:1.利用水热法制备合成成相较好的具有纳米棒状的α-Fe2O3,并且对α-Fe2O3进行了高温退火处理。此外还将导电玻璃（FTO）基底更换为Ti片,在α-Fe2O3/Ti掺杂不同量的Co,探究Co掺杂量对α-Fe2O3/Ti的光电流密度的影响。尝试对α-Fe2O3/FTO进行掺杂Co、Ni的处理。这些处理使得光阳极的光电流密度得到了提高。2.通过在α-Fe2O3上滴涂碳量子点（CQD）的方法,构建了α-Fe2O3/CQD异质结光阳极,同时利用Co离子掺杂的Co-Fe2O3与CQD构建了Co-Fe2O3/CQD异质结光阳极,在AM 1.5G的光照（功率密度为100m W/cm2）下,α-Fe2O3/CQD的光电流密度在一定CQD负载量的范围内随着CQD负载量的增加而增大,α-Fe2O3/CQD在1.23VRHE处的光电流密度为2.09m A/cm2,Co-Fe2O3/CQD的光电流密度为2.43m A/cm2。3.利用水热合成法,成功构建了α-Fe2O3/WO3和WO3/α-Fe2O3异质结光阳极。研究表明,我们所构建的α-Fe2O3/WO3和WO3/α-Fe2O3异质结光阳极的光电流密度得到了较大的提升,在AM 1.5G的光照（功率密度为100m W/cm2）下,1.23V vs.RHE处α-Fe2O3/WO3的光电流密度为1.40m A/cm2,WO3/α-Fe2O3的光电流密度为1.99m A/cm2。
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