电化学沉积制备α-Fe2O3薄膜、表面修饰及光电化学性质研究

摘要

α-Fe2O3作为一种优良的光电催化材料，在光解水制氢等方面具有良好的应用前景，近年来获得广泛研究。α-Fe2O3薄膜可以通过掺杂、表面修饰等对其改性。本论文通过电化学沉积法制备纳米α-Fe2O3薄膜并在α-Fe2O3表面采用生物质（大肠杆菌鞭毛）引导Ni(OH)2进行修饰，分别得到活性较好的薄膜样品。采用扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、X射线粉末衍射(XRD)等技术，分别对薄膜样品的形貌、结构和光吸收性能进行表征；采用斩光计时电流（I-t）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS），开路光电压演变（Voc）等光电化学测试技术对影响样品光电活性的因素进行研究。结果如下：
　　（1）Fe(NO3)3·9H2O（AR）的乙醇溶液作为沉积液，用金属钛箔为基底，采用电化学沉积法制得α-Fe2O3样品。光电测试表明，在420nm600mW·cm-2LED光源条件下（电解液：0.5mol/L的NaOH，偏压0.7V(vs. Ag/AgCl)），样品光电流密度可达1.4mA·cm-2。表征结果表明：样品表面尖锐的凸起结构有利于空穴的界面传递反应，从而最大程度的减小了由于空穴积累所导致的电子和空穴复合。
　　（2）α-Fe2O3薄膜表面采用电化学沉积法修饰Ce、Co、Ni。光电测试结果表明，采用电化学沉积法在α-Fe2O3薄膜表面修饰Ni(OH)2的样品具有较强的光电活性。表征结果表明：采用电化学沉积法在α-Fe2O3薄膜表面修饰的为不定型的层状结构的?-Ni(OH)2，其在一方面带来了光吸收能力的提升，另一方面减少了α-Fe2O3表面光生电荷的积累，进一步提到了其光电化学活性。
　　（3）采用涂抹法，利用大肠杆菌的鞭毛对样品表面修饰进行引导。光电测试结果表明：鞭毛的引入对于样品表面修饰Ni(OH)2具有很好的光电活性的提升。表征结果表明，鞭毛的引入起到了构建纳米通道作用，带来了更高的比表面积，进一步有利于光生电荷的界面传输反应。
　　本论文对借助生物模板法研制光活性半导体纳米结构材料，具有良好的借鉴作用。

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1 绪论

1.1引言

1.2光催化/光电催化

1.3 Fe2O3介绍

1.4 论文研究思路和工作内容

2 实验仪器试剂及表征手段

2.1实验试剂及仪器

2.2表征手段

3 电化学沉积法在钛箔基底上制备纳米α-Fe2O3

3.1实验部分

3.2实验条件的优化

3.3样品的评价与表征

3.4 本章小结

4α-Fe2O3薄膜的掺杂及表面修饰

4.1引言

4.2掺杂金属元素对电化学沉积制备样品的影响

4.3电化学沉积法引导 α-Fe2O3表面修饰

4.4α-Fe2O3薄膜表面修饰Ni(OH)2

4.5本章小结

5 大肠杆菌鞭毛辅助的表面修饰

5.1 引言

5.2大肠杆菌的培养

5.3大肠杆菌鞭毛引入到 α-Fe2O3制备和表面修饰

5.4实验条件的优化

5.5光电化学性质小结

5.6表面形貌的表征

5.7吸光度的测量

5.8样品的物相表征

5.9红外分析

5.10化学电容分析

5.11阻抗测试对于样品界面传输阻力的测量

5.12本章小结:

6 结论

参考文献

致谢

附录一 作者简介

附录二 攻读硕士学位期间发表的学术论文

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