纳米氧化铁光解水薄膜的制备和性能调控

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1、圆圈团中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：堡壹旌指导教师：吐拯龌噩殛员生凰辩堂院金胆翅厘抖堂班宜院学位类别：王堂簋±学科专业：挝疆翅堡皇位堂研究所：生国辩堂臆盒皿盟盾整堂班殛院2013年4月OxideFilmsfor腑幻rOxidationByChun．．HuiMiaoADissertatio州ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillme

2、ntoftherequirementForthedegreeofDoctorofMaterialsPhysicsandChemistryInstituteofSolidStatePhysics，HefeiInstitutesofPhysicalScience，ChineseAcademyofSciencesApril，2013㈣8叭9㈣9眦0㈣B㈣M呲Y郑重声明本人呈交的学位论文《纳米氧化铁光解水薄膜的制备和性能调控》是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已

3、经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：21丝：』：鲨：妾靠掣致谢本论文是在导师叶长辉研究员的指导下完成的。先生学识渊博且治学严谨，教育和激励学生的同时毫无保留的关爱学生，教导我从无到有，逐渐从学生向研究型的科研人员转变。衷心的感激叶老师在这五年内为我倾注的心血，教导我从事科研的方法、分析问题和解决问题的能力，使我能够运用所学去有目的地开展实验工作。同时，

4、叶老师锐意进取的科研精神深深打动着我，激励我在科研、学习和生活中不断前进，叶老师正直的人格魅力将对我今后的工作和生活产生深远的影响，在此向叶老师致以崇高的敬意和深深的谢意!美丽的科学岛远离喧嚣，环境优美而科研氛围浓厚，在此攻读博士学位的五年，是提升自我的五年，其间种种，酸甜苦辣，既有科研无法取得进展时的苦闷，也有实验顺利进行时的喜悦；既有挫折后的无奈无助，亦有接受关怀和帮助后的感动，藉此向关怀、鼓励、帮助我的所有人致以最衷心的感谢!感谢我的导师张立德研究员，您宽厚仁慈，无论是生活还是科研上遇到难关时，您总是热情

5、的为我指明前进的方向，使我终能顺利完成论文工作，您无私奉献的精神深深感动着我，在此向您表达我最诚挚的谢意和最美好的祝愿。感谢蔡伟平研究员、孟国文研究员、李广海研究员、费广涛研究员、梁长浩研究员、汪国忠研究员和姜治高工在论文工作中给予的热情帮助和大力支持。感谢陈莉高工、刘铃老师、储昭琴高工、朱晓光老师、孔明光老师、贾俊辉老师、李发帝老师和张俊喜博士在本论文工作的结构分析和性能测试方面提供的帮助和便利。特别感谢研究生部李家明老师、李贵明老师和张艳丽老师一直以来对我学习、生活和工作的关心及无私帮助，谢谢两位老师!感谢

6、方明博士和季书林博士在我开展新的方向时给予的指导和帮助，感谢刘毛博士、胡小哗博士、田振飞博士和刘俊博士给予的帮助。尤其感谢徐国平博士在数年同窗同门期间的帮助。感谢我们课题组已经毕业的尹亮亮博士和刘国冬博士，以及仍然在读的滕大勇、吴摞、何薇薇、张煜欣、王可、邱晓东和陈超在工作和生活中的帮助。感谢一起来到科学岛的各位同学的关心和帮助。感谢在我求学过程中所有关心和帮助我的老师、同学和朋友。感谢父母二十六年又五个月含辛茹苦的养育、教导和爱护，祝愿二老身体康健!感谢所有关心、爱护我的亲人和朋友。缪春辉2013年4月于科学

7、岛摘要光解水制氢是清洁能源领域的重要前沿课题，研究光解水纳米薄膜的制备及微观结构与光解水性能的关联性有重要意义。本论文系统研究了钛离子掺杂对氧化铁微纳结构薄膜电导率的影响，以及异质结结构对于载流子传输动力学的调控，深入分析了光电转化性能与微纳结构薄膜形貌、掺杂浓度以及表面能带结构的关系。论文取得的主要结果如下：一、水热法合成高比表面积的Ti离子掺杂的Fe203徽纳结构薄膜未掺杂的Fe203微纳结构薄膜导电率低，光解水性能差，本论文通过低成本的水热法合成了具有高比表面积的Fe203微纳结构薄膜，通过Ti离子掺杂显

8、著提高了薄膜的电导率，增加了光生载流子寿命，大幅度提高了薄膜光解水的效率。二、原位固相反应法掺杂Ti离子普通方法在Fe203薄膜中掺杂Ti离子仅能达到原子百分比约为5％的掺杂浓度，限制了薄膜的电导率。本论文提出通过原位固相反应的方法解决掺杂浓度低的问题。研究结果表明，通过这种新方法所获得的Ti离子掺杂浓度可以达到原有方法的3倍以上，而且在高温反应过程中微纳结构得以保留，因此经过反应的薄