ZnO∕Ni-Bi复合光阳极的制备及其光电催化氧化水性能

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252014V01．35No．102865．2872ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb，buaa．educnhkxb@buaa．edu．Ci3ZnO／Ni—Bi复合光阳极的制备及其光电催化氧化水性能于浩，谢永红，许顿，项民，刁鹏*北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191摘要：利用沉淀预处理在基底上生长晶种的方法，在氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面水热生长出分布均匀、与基底结合牢固、具有较高光电

2、催化分解水制氧性能的ZnO纳米棒。用电助光沉积的方法将电催化剂Ni—B。与ZnO复合，用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及紫外可见漫反射光谱对Zn0／Ni—B：复合光阳极的结构进行了表征，并采用电化学和光电化学技术研究了Zn0／Ni—B。复合光阳极的光电催化分解水性能，对不同的复合方式、复合时间以及热处理对复合结构催化活性的影响进行了研究。复合Ni—B；后，ZnO的性能获得了最高40％的提升。光阳极表面沉积的Ni—B。分离电子空穴抑制其复合，有效地利用了ZnO产生的光生空穴，将水氧化形成氧气，从而显著提高了光

3、照条件下ZnO催化氧化水的效率。关键词：水热合成；ZnO纳米棒；电助光沉积Ni—BJ；分解水；制氧中图分类号：V259；0646文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)10—2865—08随着世界经济的发展，能源需求越来越大，传统化石燃料将不能满足日益庞大的能源需求，因此，越来越多的科学研究在能源领域内展开。1972年，Fujishima构筑了Ti0。半导体光电池n]，证明了利用太阳能直接分解水的可能性，这在太阳能的转化利用方面开辟了一条新路径。同时，该发现对于空间站等太空密闭空间的氧气供应有很大的应用价值。

4、利用半导体直接光解水制氧，相对于目前采用的太阳能电池板产生电能再电解水制氧的手段，或者分子筛技术睥3来说，其设备更加简单，能量转化率更高，有更好的应用前景。科学家在这一领域开展了大量的研究，在光解水制氧方面，陆续进行了Ti0：、Zn、Fez0。、WO。以及BiVO。等半导体材料体系的研究口。7]，取得了很多突破性进展。在这些体系中，ZnO以其简便可控的合成方式[8]、廉价的材料来源以及较高的光量子效率使很多科学家对其产生兴趣，成为继TiO：之后在半导体光电催化领域的又一个研究热点。但是ZnO自身还存在诸如光生电子空穴易复合

5、、空穴利用率不高以及长时间工作易发生光腐蚀∞1等问题，制约着ZnO的应用。针对这些问题，领域内的科学家开展了ZnO掺杂Al[10]、Cu、C和N等元素[IO-lS]，ZnO与W03、TiO：、V：O。、MgO等半导体复合[14。⋯，ZnO与CoPi等电催化剂复合口83等研究，取得了很多研究成果。2010年，Ni—B。作为一种新的电催化剂[1叼被发现CoPi的Nocera组报道出来，得到了很大的关注。此后，Ni—B：与WO。、BiV0。等半导收稿日期：2014—04—22；退修日期：2014—06—09；录用日期：2014—

6、07—09；网络出版时间：2014—07-1110：25网络出版地址：http：／／WWWcnkinet／kcms／detaiJ门07527／$1000—68932014．0148．html基金项目：国家自然科学基金(21173016，20973020)；北京自然科学基金(2142020)；国家教育部博士点专项基金(20101102110002)*通讯作者Tel．：010-82339562E—mail：pdiao@buaaeducr}；

7、臻梧武：YuH．XieYH，XuD，eta1．Preparationandphotoe

8、lectrochemicalwateroxidationpropertiesofZnO／Ni-Bicompositephotoanodesr山．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014．35(10)：2865-2872．f浩，谢永红．许蝮．等．ZnO／Ni-B

9、复合光阳极的翩备及其党电催化氧化水性能￡国，航空学报，2014。35(t0)：2865—2872i航空学报oct252014Vol35No．10体复合[2“2u的工作陆续被报道出来，取得了很好的复合效果。但是Ni—B。与ZnO

10、复合结构却未见报道，这种优良的电催化剂与ZnO复合能否提高ZnO光电性能的问题摆在眼前，影响着ZnO在光电催化领域研究的开展。采用沉淀预处理(Precipitatepre—treating，PPT)在基底上生长晶种的方法(以下简称为PPT晶种预处理)在ITO玻璃表面水热生长制备出具有较高光电催化活性的Z