文档介绍：分类号: 学校单位代码:10446
硕士学位论文
论文题目:CdS/Ti 电极和 CdS/TiO2 电极
的制备及其光电催化性能的研究
研究生姓名: 赵曦
学科、专业: 化学、物理化学
研究方向: 电化学
导师姓名、职称: 孔德生教授
论文完成时间: 2012 年 4 月
曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明
(根据学位论文类型相应地在“□”划“√”)
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电极的制备及其光电催化性质的研究》,是本人在导师指导下,在曲阜师范
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(根据学位论文类型相应地在“□”划“√”)
《CdS/Ti 电极和 CdS/TiO2 电极的制备及其光电催化性质的研究》系
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曲阜师范大学硕士学位论文
摘要
由于近些年石油、天然气等燃料的价格持续攀升和过度使用导致全球气候变暖的
影响,寻找一种可持续利用能源日益重要。太阳能作为一种真正的取之不尽万世不竭
的能源正逐渐走入寻常百姓家中,尽管越来越多的人接受太阳能的使用,例如太阳能
热水器等,但由于主流市场太阳能电池材料都是硅基材料,这种材料成本过高,限制
了太阳能的普及。TiO2 是一种直接带隙半导体材料,禁带宽度为 eV,由于其具有吸
收系数高,光催化性能稳定,抗辐射干扰,成本低廉,合成工艺简单方便等优点,逐渐成
为各国光催化材料研究领域的焦点,很有可能成为下一代光伏电池的主流,从而代替当今
市面上价格高,生产能耗高的硅晶体太阳能电池。
本文首先详细介绍了电化学沉积制备 CdS/Ti 电极的方法和流程,比较深入讨论了在电
沉积过程中电位、温度、pH 值、反应物浓度、时间、磁力搅拌器转速等各种重要参数对制
备 CdS/Ti 电极光电性能的影响,并找出了一些重要规律和在何等条件下可以制取高性能电
极的方法,优化了制作工艺。
深入研究了 CdS/Ti 电极的光电催化性能,比较了在不同 pH 值、电压、反应物浓度,
不同电解质等条件下 CdS/Ti 电极所展现的光电性能。通过多次实验验证了实验的可重复性
和光电催化活性的可持续性,结果表明在较高 pH 值下能够产生较大的光生电流;电压更
正光生电流越大,但电压不宜过大防止破坏电极;高浓度的牺牲剂会一定程度上增加电流,
但是很有限,使用 Na2S 和 Na2SO3 的电解质组合即使浓度不大也会得到较大的光电流。讨
论了不含硫的牺牲 Na2CO3 对电极的保护作用和对光电反应的稳定性的作用。并比较 250 ℃
和 300 ℃退火温度下 CdS/Ti 电极的光电催化性能,结果表明退火温度对电极光电性质的影
响不大,但会影响制备优良电极的成功率,温度高的情况下对电极破坏比较大。
随后讨论了制备 TiO2 纳米管的方法以及如何往纳米管中装填 CdS 并制得了 CdS/TiO2
电极,研究其光电性质并与 CdS/Ti 电极进行比较,得出了在相同沉积时间下 CdS/TiO2 电
极的光电性能比 CdS/Ti 电极稳定,产生的光生电流略有提高的结论,在大多方面都优于
CdS/Ti 电极。但 CdS/TiO2 电极也有其不足的地方,就是装填过程容易因各种操作或实验设
计方面的失误而导致最终结果不理想,主要原因是 CdS 容易堵塞纳米管,等于降低了比表
面积而失去本身优于 CdS/Ti 电极的优势。反之如果装填时间过短或反应物浓度低会造成
CdS 薄膜过薄同样失去优势。因此控制装填时间和反应物浓度至关重要。
关键词:光电催化; 纳米管; CdS; TiO2; 电沉积
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