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WO3多孔薄膜的制备及其光电化学性能研究

2020-12-10阅读(115)

WO3多孔薄膜的制备及其光电化学性能研究

论文摘要

致密WO3光阳极材料存在光量子产率低、无法充分利用可见光等问题。基于此本文探索了WO3多孔薄膜的制备方法。以聚苯乙烯（PS）微球为模板,采用电泳沉积法制备了WO3多孔薄膜。采用非水溶液电沉积方法,以CdS为敏化剂对WO3多孔薄膜进行敏化改性。通过场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）及光电化学分析等手段对薄膜的形貌、化学组成及光电化学性能进行了研究。以钨粉为钨源,采用过氧钨酸法制备了WO3前躯体溶胶,结合模板法与电泳沉积法制备了WO3多孔薄膜。多孔薄膜孔道结构排列有序,孔径约为250nm；经过热处理后为单斜晶系WO3,平均晶粒尺寸约为34.6nm；PS球在煅烧过程中为WO3多孔薄膜形成了碳掺杂；多孔薄膜吸收光谱相对致密薄膜发生明显红移,禁带宽度由2.8eV降低到2.3eV。研究发现,多孔结构和碳掺杂是影响光电化学性能的主要因素。控制醇酸比为3：1、沉积时间为2min、煅烧温度为450℃时制备的多孔WO3薄膜具有最佳光电化学性能,其光电流密度为1.93mA·cm-2,约为致密薄膜的2倍。以Cd（NO3）2及单质S作为CdS的离子来源,采用非水溶液电沉积方法制备了CdS敏化WO3薄膜。与WO3多孔薄膜相比,在-2.5V沉积电位及350℃煅烧温度下制备的CdS敏化WO3薄膜吸收边缘向长波方向移动,禁带宽度降低到1.8eV；光生载流子浓度提高了一倍；在0V（vs Ag/AgCl sat.）时光电流为1.2mA·cm-2。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 3半导体材料的基本性质、结构及应用'>1.2 WO3半导体材料的基本性质、结构及应用
  • 3的基本性质'>1.2.1 WO3的基本性质
  • 3的结构'>1.2.2 WO3的结构
  • 3纳米体材料的应用'>1.2.3 WO3纳米体材料的应用
  • 3光电性能的影响因素'>1.3 WO3光电性能的影响因素
  • 1.3.1 材料结构
  • 1.3.2 贵金属负载
  • 1.3.3 无机半导体敏化
  • 1.3.4 非金属掺杂
  • 3多孔薄膜的制备方法'>1.4 WO3多孔薄膜的制备方法
  • 1.4.1 溶胶凝胶法
  • 1.4.2 阳极氧化法
  • 1.4.3 电沉积法
  • 1.4.4 模板法
  • 1.5 量子点敏化薄膜的制备方法
  • 1.5.1 化学浴法
  • 1.5.2 自组装单层法
  • 1.5.3 电沉积法
  • 1.6 本课题研究的目的与意义
  • 第二章 实验与测试方法
  • 2.1 实验仪器和设备
  • 2.2 实验试剂
  • 3多孔薄膜的制备'>2.3 WO3多孔薄膜的制备
  • 3多孔薄膜的制备'>2.4 CdS敏化WO3多孔薄膜的制备
  • 2.5 FTO导电玻璃衬底处理
  • 2.6 薄膜结构表征及性能测试
  • 2.6.1 晶体结构测试
  • 2.6.2 薄膜表面形貌测试
  • 2.6.3 高分辨透射电子显微镜分析
  • 2.6.4 X-射线光电子能谱测试
  • 2.6.5 紫外-可见吸收光谱测试
  • 2.6.6 光电化学性能测试
  • 3多孔薄膜及其光电化学性质研究'>第三章 胶晶模板法制备WO3多孔薄膜及其光电化学性质研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 PS球制备及模板形成原理
  • 3多孔薄膜形成原理'>3.2.2 WO3多孔薄膜形成原理
  • 3.2.3 PS球胶晶模板的制备
  • 3多孔薄膜的制备'>3.2.4 WO3多孔薄膜的制备
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 表面形貌及物相组成分析
  • 3.3.2 光吸收性能分析
  • 3.3.3 光电化学性能检测
  • 3薄膜性能的影响'>3.4 不同制备条件对WO3薄膜性能的影响
  • 3.4.1 不同醇酸比对薄膜性能的影响
  • 3多孔薄膜性能的影响'>3.4.2 不同煅烧温度对WO3多孔薄膜性能的影响
  • 3多孔薄膜性能的影响'>3.4.3 不同沉积时间对WO3多孔薄膜性能的影响
  • 3.4.4 单层多孔结构及多层结构对薄膜光电化学性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 3多孔薄膜制备及其光电化学性质研究'>第四章 CdS敏化WO3多孔薄膜制备及其光电化学性质研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 CdS薄膜制备原理
  • 3多孔薄膜的制备'>4.2.2 量子点敏化WO3多孔薄膜的制备
  • 3多孔薄膜的表征'>4.2.3 量子点敏化WO3多孔薄膜的表征
  • 4.3 结果与讨论
  • 3多孔薄膜的组成'>4.3.1 CdS敏化WO3多孔薄膜的组成
  • 3多孔薄膜的形貌'>4.3.2 CdS敏化WO3多孔薄膜的形貌
  • 3多孔薄膜的光学性质'>4.3.3 CdS敏化WO3多孔薄膜的光学性质
  • 3多孔薄膜的光电化学性质'>4.3.4 CdS敏化WO3多孔薄膜的光电化学性质
  • 4.3.5 不同脉冲沉积通断比对薄膜性能的影响
  • 4.3.6 不同沉积电位对薄膜性能的影响
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间主要的研究成果

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