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偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O646[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]苏州大学物理与光电能源学部,江苏省重点薄膜实验室,江苏苏州215006
  • 相关基金:国家自然科学基金(91233109,51272166,11004146),江苏省国家自然科学基金(BK2012622)及江苏省高等教育机构优势学科项目资助
中文摘要:

基于TiO2/Ti电极在含Cu^2+溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO2平整表面制备出Cu2O和/或Cu颗粒.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征,发现Cu2O和Cu有不同的生长机制:Cu2O颗粒在TiO2表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构.这是由于在Cu2O/TiO2界面和Cu/TiO2界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同.与纯TiO2光阳极比较,可以观察到Cu2O/TiO2和Cu/TiO2异质结构的光电流均有显著增强.特别地,存在一个电压区间使得Cu2O和Cu同时生长在TiO2表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流-电压特性曲线均显示,Cu2O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO2在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率.此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.

英文摘要:

Based on the cyclic voltammogram (CV) of TiO2/Ti electrodes in Cu^2+ ion solution, we fabricated Cu2O and Cu particles onto TiO2 flat surfaces separately or simultaneously by adjusting the applied potentials during electrodeposition. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that Cu2O and Cu have different growth modes: Cu2O particles crystallize on the TiO2 surface separately while Cu particles nucleate on previously grown particles, forming a stacked particle structure. This growth behavior can be explained by the different electron transfer behavior on the Cu2O/TiO2 and Cu/TiO2 interfaces and this is determined by their bandgap alignments. Compared with a pure TiO2 photoanode, a significant enhancement of the photocurrent was observed for both the Cu2O/TiO2 and Cu/TiO2 heterostructures. A potential region exists where Cu2O and Cu grow on the TiO2 surface simultaneously and the corresponding photocurrent is relatively stable and reaches a maximum. UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and photocurrent vs potential characteristics revealed that the visible light absorption by Cu20 and Cu contributes significantly to the photocurrent. Cu/TiO2 resulted in greater broadband visible light utilization during the photoelectric conversion. Additionally, the increased zero-current potential and the effective charge separation as well as the rapid carrier transfer on the electrode/electrolyte interface are also related to the enhanced photoelectrochemical properties.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781