硫化亚铜纳米片表面等离子体共振增强光电产氢研究

摘要

目前能源危机是人类面临的亟待解决的关键性问题。而太阳能是可供人类利用的最丰富的可再生能源，每年投射到地面上的太阳福射能高达l.05xl018千瓦时。目前，太阳能最主要的利用方式为太阳能的光伏利用和光电解水利用。自从科学家发现TiO2可以用作光电解水的潜在材料以来，TiO2一致是大家研究的重点对象，但是TiO2作为一种宽禁带半导体只能吸收紫外光。本文以窄带隙Cu2S纳米片阵列为基础，可控地调节材料表面缺陷和体缺陷，通过多种表征印证了不同缺陷的存在；通过表面缺陷提升了材料的表面动力学，改变载流子浓度引入红外波段的LSPR共振，通过电磁场增强提升了Cu2S材料应用于光电解水制氢的性能。 1、本文通过液相浸泡的方法在Cu片上沉积了致密的Cu2O种子层，后续生长了Cu2S纳米片阵列，摸索了最佳的种子层厚度和硫化时间。通过优化后的纳米片阵列结合力牢固，结晶性良好，有利于载流子的传输。 2、对Cu2S纳米片阵列进行不同退火处理，可以得到不同缺陷缺陷位置和含量的样品，并用多种表征予以证实来增强说服力。此外由缺陷引起的载流子浓度改变可控地调节了红外波段的吸收，并且阐释LSPR共振峰位与载流子浓度之间的关系，阐释了半导体LSPR的根源。 3、利用得到的具有表面缺陷的LSPR样品提升了材料在全光谱和AM1.5G下的性能，在全光谱照射下可以达到0.597mA cm-2，在AM1.5G下性能可以达到0.26mA cm-2。缺陷引起的LSPR成功增强了材料的光吸收，通过发光和电磁场增强的拟合相互印证了光吸收集中在了材料表面，进而提升了材料内部的载流子分离效率，最终提升了光电产氢性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2光电化学催化产氢的研究进展

1.3硫化亚铜材料的研究进展

1.4晶体缺陷

1.5金属及半导体 LSPR研究及光电领域应用

1.6本课题的研究思路和创新之处

第二章 实验原料与装置

2.1实验原料

2.2实验设备

2.3表征设备

2.4实验过程

第三章 Cu2S光电阴极的制备及缺陷研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验部分

3.4不同缺陷存在的样品缺陷表征

3.5本章小结

第四章 表面缺陷-LSPR样品在光电解水的应用研究

4.1引言

4.2性能测试

4.3性能提升分析

4.4三种缺陷样品能带结构

4.5三种缺陷样品性能稳定性

4.6 Cu2S纳米片阵列添加表面氧化层的研究

4.7本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢