이 연구에서 우리는 CdS 나노 입자로 변형된 α-Fe2를 합성하기 위해 열수법을 동반한 손쉬운 연속 이온층 흡착 및 반응 과정을 보여줍니다. O3 /TiO2 효율적인 광전기화학(PEC) 물 산화를 위한 나노로드 어레이. CdS/α-Fe2 통합 O3 /TiO2 3원 시스템에서 광양극의 광 흡수 능력은 가시광선 영역에 대한 광학적 반응이 명백하게 넓어짐에 따라 효과적으로 개선될 수 있으며, 광 발생 캐리어의 분리를 크게 촉진하여 PEC 물 산화 성능을 향상시킵니다. 중요한 것은 Fe2 사이에 설계된 비정상적인 유형 II 이종 구조에 대해 O3 /TiO2 , Fe2의 전도대 위치 O3 TiO2보다 높습니다. , Fe2에서 광생성된 전자 O3 TiO2에서 광 생성된 구멍과 빠르게 재결합합니다. 따라서 Fe2에서 광생성 전자를 효율적으로 분리합니다. O3 /TiO2의 구멍 Fe2에서 O3 /TiO2 인터페이스, Fe2 내에서 광 생성 구멍의 분리 효율을 크게 향상 O3 TiO2에서 광 발생 전자 주입 효율을 향상시킵니다. . PEC 물 산화의 광양극으로 작동, CdS/α-Fe2 O3 /TiO2 이종 구조 전극은 0.62mA cm − 2 의 향상된 광전류 밀도를 나타냅니다. 1.23V에서 알칼리 전해질의 가역적 수소 전극(RHE)에 비해 80mV의 분명히 음으로 이동된 개시 전위가 있습니다. 이 작업은 TiO2의 PEC 물 산화 성능을 향상시키는 유망한 방법을 제공합니다. -기반 헤테로구조 광양극.
<섹션 데이터-제목="배경">화석의 제한된 자원과 오염이라는 심각한 문제를 해결하기 위해 광전기화학적(PEC) 물을 분해하여 수소를 생성하는 것이 태양 에너지 변환을 위한 가장 유망한 전략 중 하나로 간주되었습니다. TiO2를 기반으로 한 PEC 물 산화에 대한 첫 번째 보고서 이후 [1], TiO2 PEC 물 산화를 위한 광양극 재료는 안정적인 PEC 특성, 강한 광학 응답 및 적절한 에너지 밴드 위치로 인해 많은 주목을 받았습니다[2, 3]. 그러나 깨끗한 TiO2의 PEC 성능 광양극은 열악한 광 생성 캐리어 분리 능력과 불충분한 광 흡수 능력으로 인한 느린 물 산화 역학에 의해 크게 제한됩니다[4, 5].
따라서 깨끗한 TiO2,의 PEC 물 산화 성능을 개선하기 위한 다양한 전략이 취해졌습니다. 표면 개질[6], 양자점 민감화 및 이종접합 구조[7, 8]와 같은 것입니다. 광생성 캐리어 분리 성능을 향상시키는 한 가지 효율적인 방법은 이종 구조의 광양극을 구성하는 것입니다. 예를 들어, TiO2 사이의 이종 접합을 구성합니다. 및 에너지 밴드 구조가 일치하는 기타 금속 산화물 반도체(예:Co3 O4 /TiO2 [9] 및 ZnIn2 S4 /TiO2 [10, 11]) 광 생성된 전자와 정공의 분리를 효과적으로 촉진할 수 있습니다. 따라서 깨끗한 TiO2의 PEC 물 분해 성능 분명히 향상 될 수 있습니다. 다양한 금속 산화물 반도체 중 적철광(α-Fe2 O3 )은 태양광 수확에 적합한 밴드 갭(~ 2.0 eV), 우수한 안정성 및 저렴한 비용으로 인해 유망한 광양극 재료로 간주됩니다[12]. 또한 α-Fe2의 이론적인 전력 변환 효율(PCE)은 O3 15.3%에 도달할 수 있으며 광전류 밀도는 12.6mA cm − 2 입니다. 표준 태양 조사에서 1.23V 대 가역 수소 전극(RHE) [13]. 따라서 α-Fe2 구성 O3 /TiO2 이종 구조 광양극은 TiO2에서 캐리어 분리 성능만 향상시킬 수 없습니다. 뿐만 아니라 TiO2의 광 흡수 범위를 효과적으로 확장합니다. . 한편, 최신 연구에 따르면 α-Fe2 O3 광양극은 전자-정공 쌍의 수명이 짧고 정공 확산 길이(2-4 nm)가 있어 광생성 캐리어의 높은 재결합 속도를 초래하여 PEC 성능 향상을 방해합니다[12]. 이 경우 Fe2의 PEC 물 분해 성능을 더욱 향상시키기 위해 O3 /TiO2 광양극에서는 CdS[14, 15] 및 PbS[16]와 같은 일부 좁은 밴드 갭 반도체를 결합하여 광 생성 캐리어의 분리를 용이하게 할 수 있습니다. 그 중 CdS/Fe2 O3 /TiO2 이종 구조 광양극은 밴드 갭이 일치하고 광 흡수 범위가 확장된 유망한 선택으로 간주됩니다. 또한 CdS/Fe2 계면에서 광발생 캐리어를 빠르게 분리할 수 있어 캐리어 수송 프로세스를 효과적으로 개선할 수 있습니다. O3 /TiO2 , 따라서 캐리어 재조합 비율을 크게 감소시킵니다.
또한, PEC 물 분해 시스템을 위한 첨단 전극을 구성하기 위해서는 전극 물질이 충분한 입사광 포착 능력 및 전하 수송을 위한 터널과 같은 특성을 가져야 한다. 일반 평면 광양극과 비교하여 1차원(1D) 나노막대(NR) 어레이 광양극은 향상된 다중 산란 프로세스[17]로 인해 우수한 입사광 수확 성능을 나타내며, 이는 향상된 PEC 물 산화 성능으로 이어질 것입니다. 또한, 1D NR 어레이 역시 광생성된 캐리어가 NR을 따라 직접 수송할 수 있기 때문에 우수한 캐리어 수송 성능을 나타내는 것으로 보고되어 결정 경계에서의 직접적인 캐리어 재결합을 효과적으로 피할 수 있다[18]. 또한, 더 많은 PEC 반응 부위를 가져오고 PEC 성능을 향상시킬 수 있는 이러한 1D NR 어레이의 표면적을 더욱 확대하기 위해 분지형 나노구조를 갖는 1D NR이 예상된다[19]. 이러한 통합 아키텍처는 효과적인 광 수확을 위한 긴 광학 경로, 우수한 전하 수송을 위한 짧은 확산 거리, 빠른 계면 전하 수집을 위한 넓은 표면적을 제공하여 PEC 성능 향상에 큰 이점이 됩니다. 따라서 CdS 수정 Fe2를 설계하는 것이 특히 중요합니다. O3 /TiO2 PEC 물 산화를 위한 이종 구조 NR 어레이.
여기에서, 우리는 CdS-modified Fe2를 합성하기 위한 손쉬운 연속 이온층 흡착 및 반응(SILAR)-열수 방법을 보고했습니다. O3 /TiO2 효율적인 PEC 물 산화를 위한 NR 어레이. UV-vis 연구는 CdS/Fe2를 확인합니다. O3 /TiO2 NR 어레이는 확연히 넓어진 광 흡수 범위와 함께 탁월한 광학 응답 성능을 보여줍니다. 개선된 전하 이동 과정과 감소된 전하 재결합 속도는 PL 스펙트럼 및 EIS 플롯을 통해 입증할 수 있습니다. PEC 물 산화용 광양극으로 적용, CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR 어레이는 0.62mA cm − 2 로 크게 향상된 광전류 밀도를 나타냅니다. (1.23V vs. RHE) 알칼리 전해질에서 깨끗한 TiO2와 비교 (0.32mA cm − 2 1.23V 대 RHE). 합성 경로 및 CdS/Fe2 적용 O3 /TiO2 현재 보고된 NR 어레이는 매우 중요하며 다른 태양광 및 광전자 소자에 적용될 수 있습니다.
TiO2를 합성하려면 FTO 유리에 NR 어레이, FTO를 직사각형으로 절단하고 탈이온수, 아세톤 및 에탄올로 차례로 초음파 세척했습니다. 그런 다음 FTO를 탈이온수(20ml), 염산(20ml), 티타늄 이소프로폭사이드(1.1ml)의 혼합 용액이 포함된 오토클레이브에 넣고 160°C에서 6시간 동안 베이킹했습니다. 반응 후 FTO를 탈이온수와 에탄올로 여러 번 세척한 다음 450°C에서 0.5시간 동안 공기 중에서 어닐링했습니다.
α-Fe2를 성장시키려면 O3 TiO2에 NR, 획득된 TiO2 NR 어레이를 FeCl3 혼합 용액에 넣었습니다. (15ml, 0.1M) 및 NaNO3 (15ml, 0.5M) 그런 다음 오토클레이브에 옮겼습니다. 100°C에서 2시간 동안 가열하고 오토클레이브를 실온으로 냉각하고 FTO 기판을 탈이온수와 에탄올로 여러 번 세척했습니다. 마지막으로 FTO 기판을 450°C에서 1시간 동안 공기 중에서 어닐링했습니다.
얻어진 α-Fe2 O3 /TiO2 NR 어레이를 50°C에서 밤새 메르캅토프로피노산(MPA, 0.3M) 에탄올 용액으로 전처리한 다음 에탄올로 세척하여 과잉 MPA를 제거했습니다. CdS 층을 증착하기 위해 손쉬운 연속 이온 층 흡착 및 반응(SILAR) 방법이 적용됩니다. 전처리된 NR 어레이는 Cd(NO3 )2 ·4H2 O(에탄올, 0.1M), 순수 에탄올, Na2 S·9H2 각각 O(메탄올, 0.2M) 및 순수 메탄올. SILAR 공정을 5회 반복한 후 기질을 메탄올로 세척하여 여분의 CdS를 제거했습니다.
상 구조는 20 ~ 80°의 2θ 범위에서 X선 분말 회절계(XRD)로 특성화되었습니다. 제품의 형태는 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM) 부착 에너지 분산 X선 분광기(EDS)로 연구되었습니다. Tecnai 20 U-Twin 장비를 통해 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 수집했습니다. 흡수 및 광발광(PL) 스펙트럼은 각각 TU-1900 및 Hitachi U-4100으로 테스트되었습니다.
PEC 물 산화 성능은 3전극 모드가 있는 CHI660E 전기화학 스테이션으로 특성화되었습니다. 적용된 전해질은 1M NaOH로 구성되었습니다. 테스트하기 전에 시스템에 30분 동안 아르곤 거품을 내어 전해질 용해 가스를 제거했습니다. LSV(Linear Sweep voltammograms) 및 크로노암페로메트릭 I-t 곡선은 표준 햇빛 조명(100mW cm − 2 )에서 기록되었습니다. ). Mott-Schottky 플롯은 1.0kHz의 AC 주파수에서 어둠 속에서 측정되었습니다.
이후 Nernst 방정식을 사용하여 전극 전위를 RHE 전위로 변환했습니다.
$$ {E}_{\mathrm{RHE}}={E}_{\mathrm{Ag}/\mathrm{AgCl}}+0.059\ \mathrm{pH}+{E^o}_{\mathrm{ Ag}/\mathrm{AgCl}} $$ (1)여기서 E RHE 변환된 전위 대 RHE, E Ag/AgCl 측정된 전위 대 Ag/AgCl 전극, E 오 Ag/AgCl =25°C에서 0.1976V.
합성된 생성물의 상 구조는 그림 1의 XRD 패턴에 의해 특징지어진다. 그림 1a와 같이 루틸 TiO2 나노로드 어레이(NR)가 성공적으로 합성되었습니다. 36.0°, 44.1°, 54.3°, 62.7°, 64.0°, 65.4° 및 69.8°에서의 회절 피크는 (101), (210), (211), (002), (310), (221)에 잘 해당합니다. ) 및 (112) 금홍석 TiO2 평면 (JCPDS. 21-1276). Fe2 증착 후 O3 , 32.9° 및 45.2°에서 추가 XRD 회절 피크는 Fe2의 (222) 및 (332) 평면으로 인덱싱될 수 있습니다. O3 (JCPDS. 39-0238). SILAR 공정은 CdS 나노입자를 성장시키기 위해 적용되었으며, 26.4°, 28.2°에서 회절 피크는 CdS(JCPDS. 65-3414)의 (002) 및 (101) 평면에 잘 해당하며 Fe에서 CdS 나노입자의 성공적인 성장을 확인합니다. 2 O3 /TiO2 . 그림 1b의 SEM 이미지는 TiO2 NR은 직경 50nm의 FTO 기판에서 균일하게 성장합니다. NR 표면은 비교적 매끄럽습니다. Fe2 성장 후 O3 TiO2 표면에 , Fe2의 직경 O3 /TiO2 더 커지고 60nm로 증가합니다. 또한, NR의 표면은 훨씬 더 거칠어집니다. CdS 나노입자의 추가 증착은 Fe2의 직경을 증가시킬 수 있습니다. O3 /TiO2 합성 NR. 획득한 CdS/Fe2의 원소 분포를 추가로 확인하기 위해 O3 /TiO2 NR, 크로스 뷰 EDS 매핑 이미지가 기록되고 추가 파일 1:그림 S1, 추가 파일 2:그림 S2에 표시됩니다. Ti, Fe, Cd, S 원소가 샘플 사이에 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있습니다.
<그림>
아 XRD 패턴 및 b TiO2의 SEM 이미지 NR, Fe2 O3 /TiO2 NR 및 CdS/Fe2 O3
CdS/Fe2의 HRTEM 이미지 및 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴 O3 /TiO2 NR은 그림 2에 나와 있습니다. TiO2 및 Fe2 O3 잘 결정화되고 CdS 나노 입자가 Fe2 표면에서 성장합니다. O3 . 0.31, 0.27 및 0.21nm의 격자 간격은 CdS, Fe2의 (101), (222) 및 (210) 평면에 잘 대응할 수 있습니다. O3 및 TiO2 , 각각 (그림 2a). 그림 2b에서 기록된 SAED 패턴의 회절 고리를 볼 수 있으며, 이는 루틸 TiO2의 (101), (210) 평면으로 잘 인덱싱될 수 있습니다. , (222), (332) Fe2 평면 O3 , 및 (002), (101) CdS의 평면. TEM 결과는 XRD 특성화 결과와 잘 일치합니다.
<그림>
아 CdS/Fe2의 HRTEM 이미지 O3 /TiO2 NR. 0.31nm의 표시된 d-간격은 CdS의 (101) 평면에 잘 해당하고, 0.27nm의 d-간격은 Fe2의 (222) 평면에 잘 해당합니다. O3 0.21nm의 d-간격은 TiO2의 (210) 평면과 잘 일치합니다. . ㄴ CdS/Fe2의 선택된 영역 전자 회절 패턴 O3 /TiO2 NR, 회절 고리는 CdS의 (002), (101) 평면, Fe2의 (222), (332) 평면에 해당합니다. O3 및 (101), (210) TiO2 평면
CdS/Fe2의 화학 조성 및 원자가 상태 O3 /TiO2 하이브리드 NR은 XPS 스펙트럼으로 연구됩니다. 그림 3a는 조사 스펙트럼을 나타내며 Ti, Fe, O, Cd 및 S 원소의 존재를 보여줍니다. 요소 C의 모양은 탄소 기반 격납건물에 할당됩니다. 그림 3b의 Ti 2p XPS 스펙트럼의 경우 458.2 및 464.2eV에서 이렇게 분할된 두 개의 개별 피크를 Ti 2 p3/2에 할당할 수 있습니다. 및 2p1/2 TiO2의 [20]. Fe 2p의 XPS 스펙트럼은 그림 3c에 나와 있습니다. Fe 2 p3/2에 잘 상응하는 710.6 및 724.10 eV에서 두 개의 뚜렷한 피크를 볼 수 있습니다. 및 2p1/2 α-Fe2의 피크 O3 [21]. O 1s의 코어 레벨 XPS 스펙트럼은 그림 3d에 나와 있습니다. 여기서 531.2eV의 피크는 티타늄과 산소 사이의 Ti-O 결합에 기인하고, 531.9eV의 피크는 사이의 Fe-O 결합에 기인할 수 있습니다. 철과 산소 [20, 21]. 그림 3e는 Cd 3d5/2에 기인한 Cd의 XPS 스펙트럼을 보여줍니다. 405.2eV에서 S2P의 XPS 스펙트럼은 Fig. 3f[22]와 같다. 중앙 피크는 S 2p1/2의 두 피크로 분할됩니다. 및 2p3/2 161.5 및 162.6eV에서 [22].
<그림>
아 CdS/Fe2의 XPS 스펙트럼 O3 /TiO2 NR 샘플, b Ti 2p1/2를 포함한 Ti 2p의 XPS 스펙트럼 및 Ti 2p3/2 , ㄷ Fe 2p1/2를 포함한 Fe 2p의 XPS 스펙트럼 및 Fe 2p3/2 , d Fe–O 결합 및 Ti–O 결합을 포함한 O 1s의 XPS 스펙트럼, e Cd 3d5/2의 XPS 스펙트럼 , 및 f S 2p1/2를 포함한 S 2p의 XPS 스펙트럼 및 S 2p3/2
그림 4a는 다양한 광전극의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. TiO2 TiO2의 고유 밴드 갭 흡수에 기인할 수 있는 400nm에서 일반적인 흡수 밴드 가장자리를 보여줍니다. (3.2 eV). Fe2와 결합 후 O3 , Fe2 O3 /TiO2 약 540nm의 가시광선 영역에서 향상된 흡수를 보여줍니다. 흡수 밴드 가장자리의 확장은 Fe2의 가시에 민감한 성분 때문입니다. O3 (2.0–2.2 eV). CdS 나노 입자의 추가 수정 후 광 흡수 가장자리는 580nm까지 추가로 확장될 수 있습니다. TiO2를 커플링하는 것을 확인합니다. Fe2 포함 O3 및 CdS는 가시광선 영역에 대한 광 흡수 특성을 효과적으로 조정할 수 있습니다. 광발광(PL) 스펙트럼은 CdS 및 Fe2 통합의 영향을 연구하기 위해 적용됩니다. O3 CdS/Fe2에서 O3 /TiO2 광 생성 캐리어의 수송 및 재조합 거동에 대한 하이브리드. PL 피크의 강도가 낮을수록 샘플에서 광 생성 캐리어 쌍의 분리 효율이 높아집니다. 그림 4b는 TiO2의 PL 스펙트럼을 보여줍니다. , Fe2 O3 /TiO2 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 시료. Fe2 O3 /TiO2 NR은 원래의 TiO보다 낮은 캐리어 재조합 비율을 달성합니다.2 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR은 최고의 캐리어 운송 성능을 달성합니다.
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아 UV-vis 흡수 스펙트럼 및 b TiO2의 PL 스펙트럼 NR, Fe2 O3 /TiO2 NR 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR 샘플
이 결론을 추가로 확인하기 위해 피코초 분해 형광 과도 플롯을 테스트하고 추가 파일 3:그림 S3으로 표시합니다. 평균 수명 τ τ에 따라 계산됩니다. =(B1 τ1 [2] + B 2 τ 2 [2])/(B1 τ1 + B2 τ2 ) 및 511nm에서 형광 과도 현상의 시간 상수는 추가 파일 4:표 S1에 나열되어 있습니다[23]. 깨끗한 TiO2를 수정한 후 Fe2 포함 O3 , 광 생성 캐리어 수명이 연장됩니다. CdS와 결합하면 캐리어 수명이 더욱 향상될 수 있습니다. 이 결과는 CdS/Fe2를 형성함으로써 전하 분리 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 분명히 보여줍니다. O3 /TiO2 다중 접합.
가능한 캐리어 운송 프로세스는 그림 5에 나와 있습니다. CdS/Fe2 O3 /TiO2 CdS의 전도대 위치와 가전자대 위치가 모두 Fe2보다 높기 때문에 삼원계 O3 , CdS의 광유도 전자는 Fe2의 전도대로 이동합니다. O3 , Fe2의 가전자대에서 광유도된 구멍 O3 CdS로 전송됩니다. Fe2 사이에 설계된 비정상적인 유형 II 이종 구조의 경우 O3 /TiO2 , Fe2의 전도대 위치 O3 TiO2보다 높습니다. . 햇빛 조명 아래에서 광여기된 전자-정공 쌍은 둘 다 TiO2에서 생성됩니다. 및 Fe2 O3 . Fe2 전도대의 광생성 전자 O3 TiO2의 원자가 밴드로 즉시 이동합니다. 광 생성된 구멍과 재결합하여 Fe2 내에서 광 생성된 구멍의 분리 효율을 크게 향상시킵니다. O3 TiO2에서 광 발생 전자 주입 효율을 향상시킵니다. [24, 25]. TiO2의 결합을 의미합니다. Fe2 포함 O3 및 CdS는 광 생성된 캐리어 쌍의 재조합 속도를 효과적으로 감소시킬 수 있습니다. 한편, TiO2의 광생성 전자 환원반응이 일어나는 상대전극으로 이동한다. 따라서 Fe2 사이의 비정상적인 유형 II 헤테로 구조 O3 /TiO2 강화된 PEC 물 산화 성능에 중요한 역할을 합니다.
<그림>
CdS/Fe2의 상대적 밴드 위치 O3 /TiO2 삼항 시스템
그림 6은 LSV(Linear Sweep voltammograms) 및 크로노암페로메트릭 I-t를 보여줍니다. CdS/Fe2의 곡선 O3 /TiO2 , Fe2 O3 /TiO2 및 TiO2 시료. 도 6a에 도시된 바와 같이 조명 하에서 광양극의 광전류 밀도는 α-Fe2와 결합한 후 점차 증가한다 O3 및 CdS 나노입자 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR 샘플은 0.61mA cm − 2 의 최대 광전류 밀도를 나타냅니다. 1.2V 대 RHE에서, 이는 순수 TiO2의 거의 두 배입니다. 견본. 나는-그 1.2V의 바이어스 전위 대 RHE에서 초핑된 조명의 곡선이 그림 6b에 표시되어 있으며, 초핑된 조명에서 샘플이 우수한 안정성과 우수한 광학 응답 특성을 유지함을 알 수 있습니다. CDS/Fe2 O3 /TiO2 NR 샘플은 약 0.6mA cm − 2 의 광전류 밀도를 유지합니다. , 이는 LSV 곡선에 따른 것입니다.
<그림>
아 TiO2의 LSV 곡선 NR, Fe2 O3 /TiO2 NR 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR은 1M NaOH에서 조명을 샘플링합니다. b 크로노 전류 측정 I-t 쵸핑된 조명에서 1.2V의 바이어스 전위에서 곡선
EIS 측정은 조명 하에서 수행되며 Nyquist 플롯은 그림 7a 및 추가 파일 5:그림 S4에 나와 있습니다. 그들은 Nyquist 플롯이 접촉 직렬 저항(R s ) FTO 기판에. Nyquist 도표에서 작은 반원은 전극/전해질 계면에서의 전하 수송 저항에 기인하고, 큰 반원은 광양극 물질 내에서 전자 수송/재결합과 관련된 전하 이동 저항을 나타냅니다. 면저항(R s ) 기판의 상대 전극의 전하 이동 저항(R ct1 ) 및 전하 이동 저항(R ct2 ) Zview 소프트웨어에 의해 시뮬레이션되었으며 해당 데이터는 추가 파일 6:표 S2에 나와 있습니다. 장착된 R s 및 R ct1 모든 샘플의 값은 동일한 구성으로 인해 유사하고 성장하는 기질이 적용되는 반면 R ct2 값은 TiO2에 대해 1079.5, 880.6 및 679.5 Ω의 변화를 분명히 보여줍니다. , Fe2 O3 /TiO2 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 , 각각. TiO2를 수정한 후 Fe2 포함 O3 및 CdS, 계면 전하 이동 역학이 크게 향상되었습니다.
<그림>
아 조명 및 b에서 1.2V의 바이어스 전위에서 측정된 EIS 스펙트럼 TiO2에 대해 어둠 속에서 1KHz의 주파수에서 수집된 Mott-Schottky 플롯 NR, Fe2 O3 /TiO2 NR 및 CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR 샘플
얻어진 샘플의 Mott-Schottky 플롯은 그림 7b에 나열되어 있습니다. Mott-Schottky 플롯에서 결정된 기울기는 다음 방정식[26]에 따라 캐리어 밀도를 추정하는 데 사용됩니다.
Nd =\( \frac{2}{e_0{\varepsilon \varepsilon}_0}\times \left[\frac{dV}{d\left(1,/,{C}^2\right)}\right] \)
여기서 e 0 전자 전하, ε 샘플의 유전 상수, ε 0 는 진공의 유전율, Nd는 도너 밀도, V 인가 전압입니다. 일반적으로 기울기가 상대적으로 작을수록 캐리어 밀도가 높아집니다.
플랫 밴드 전위는 다음 방정식으로 추정할 수 있습니다.
$$ \frac{1}{C^2}=\frac{2}{e_0{\varepsilon \varepsilon}_0\mathrm{Nd}}\times \left[E-{E}_{\mathrm{fb} }-\frac{kT}{e}\right] $$플랫 밴드 전위(E fb )는 x를 취하여 결정됩니다. Mott-Schottky 플롯에 대한 선형 맞춤의 절편, 1/C 2 , 인가 전위의 함수(E ). 또한 TiO2의 경우 0.44V에서 플랫 전위의 놀라운 음극 이동 CdS/Fe2의 경우 0.36V로 샘플링 O3 /TiO2 NR 샘플이 관찰되었습니다. 이것은 이종 접합에 전자가 더 많이 축적되었음을 의미하며 전하 재결합이 감소함을 반영합니다.
합성된 CdS/Fe2O3/TiO2 샘플의 PEC 물 산화 성능은 일부 관련 작업과 유사하다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, Sharma et al. 보고된 Fe-TiO2 /Zn-Fe2 O3 0.262mA cm − 2 성능의 박막 0.95V에서(SCE 대비) [27] FTO/Fe2 O3 /ZnFe2 O4 광양극은 0.4mA cm − 2 의 광전류 밀도를 달성합니다. [28]. 또한 보고된 Fe2의 경우 O3 /TiO2 나노튜브 광양극, 광전류 밀도 0.5mA cm − 2 달성된다[29, 30]. 관련 작업과 비교하여 CdS/Fe2를 획득하였음을 알 수 있다. O3 /TiO2 광양극은 여기에서 탁월하고 안정적인 PEC 물 분해 성능을 얻습니다.
결론적으로, CdS-modified Fe2를 제조하기 위해 손쉬운 연속 이온층 흡착 및 반응(SILAR)-열수법이 개발되었습니다. O3 /TiO2 효율적인 PEC 물 산화를 위한 NR 어레이. UV-vis 연구는 CdS/Fe2를 확인합니다. O3 /TiO2 NR 어레이는 확연히 넓어진 광 흡수 범위와 함께 탁월한 광학 응답 성능을 보여줍니다. PEC 물 산화용 광양극으로 적용, CdS/Fe2 O3 /TiO2 NR 어레이 광양극은 0.62mA cm − 2 의 크게 향상된 광전류 밀도를 나타냅니다. (1.23 V vs. RHE) 알칼리 전해질에서 깨끗한 TiO와 비교2 (0.32mA cm − 2 1.23V 대 RHE).
나노물질
초록 이 연구에서 우리는 TiO2의 광촉매 특성을 향상시키기 위해 열간 압착 공정을 사용했습니다. /Fe2 O3 물 분해를 위한 산소 발생 반응에서 광촉매를 위한 광자 흡수를 증가시키기 위해 표면에 주기적 패턴 구조를 갖는 바이메탈 산화물. 열간 압착된 샘플은 두 개의 금속 산화물을 결합하면 서로 다른 파장에서 전극의 흡수 밴드 가장자리가 향상됨을 보여줍니다. 열간 압착 공정을 사용하여 얻은 패턴 구조는 광자 흡수를 성공적으로 개선하여 평평한 표면 전극에 비해 2배 향상되었습니다. 소개 물을 분해하여 산소를 생성하는 광촉매
초록 다양한 농도(0.01, 0.03 및 0.05 중량비)의 그래핀 옥사이드(GO) 나노시트를 화학적 침전 기술을 사용하여 산화마그네슘(MgO) 나노구조체에 도핑했습니다. 목적은 고정된 양의 MgO의 촉매 및 항균 거동에 대한 GO 도펀트 농도의 영향을 연구하는 것이었습니다. XRD 기술은 MgO의 입방체 상을 나타내었고 그 결정성은 SAED 프로파일을 통해 확인되었습니다. 작용기 존재 및 Mg-O(443cm−1 ) 지문 영역에서 FTIR 분광법으로 분명했습니다. 광학 특성은 도핑 시 밴드 갭 에너지가 5.0에서 4.8eV로 감소
