表面钒修饰对α-Fe2O3材料光电化学性能的增强作用

摘要

对半导体材料进行表面化学修饰或改性,是提高其光催化活性、有效利用光能的一种重要措施.本文结合水热化学法、化学池沉积和后续热处理等,分别制备了未修饰α-Fe2O3和钒修饰的α-Fe2O3光电极材料.利用X射线粉末衍射(XRD)谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)技术分析表征了材料的晶相结构、化学组成和光谱吸收等固体物理化学性能;利用光电流测量和电化学交流阻抗谱(EIS)实验技术,并基于1 mol·L-1NaOH (pH 13.6)中的光电化学水分解反应,研究了钒修饰对α-Fe2O3材料光电化学性能的增强作用.结果表明,与未修饰的Fe2O3材料相比,钒修饰α-Fe2O3样品出现FeVO4的XRD特征峰,但临界光吸收波长未发生红移;钒修饰使Fe2O3材料的光电流增大4-5倍、光生载流子在电极表面的复合几率降低了3/4-4/5、电极表面电荷传递速率(表观一级速率常数)明显提高.结合Fe2O3/溶液界面半导体能带模型和有关研究结果,分析了研究体系的界面电荷动力学传输过程以及钒修饰使α-Fe2O3材料光电化学性能增强的原因.