利用强度调制光电流/光电压谱研究碳点/KOH电解液界面的动力学行为

桑丽霞 蔺 佳 葛 昊 雷 蕾



利用强度调制光电流/光电压谱研究碳点/KOH电解液界面的动力学行为

桑丽霞*蔺 佳 葛 昊 雷 蕾

(北京工业大学环境与能源工程学院，传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室，北京 100124)

通过强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术研究在光电分解水制氢体系中碳点光阳极与KOH电解液界面的动力学行为。结果表明，光强在30–90mW∙cm−2范围内，界面的电子传输时间(d)、电子寿命(n)、电子扩散系数(n)、电子扩散长度(n)均没有变化；当光强增加到110和130 mW∙cm−2时，d和n延长，而n减小。实验表明，不同于TiO2/电解液等界面，碳点光电极/电解液界面中碳点电极存在的缺陷少，因此电子主要以无陷阱限制扩散方式传输为主。且在30–130 mW∙cm−2的光强范围内，与d和n相关的载流子收集效率(cc)相近。

碳点；光电制氢；界面动力学；IMPS；IMVS

1 引言

模拟自然界的光合作用利用太阳光分解水制备氢气即人工仿生制氢，是实现利用太阳能清洁生产高效氢燃料的理想途径1。在人工仿生制氢体系中，敏化剂是捕获光能的天线分子，其性能是决定制氢体系的光氢转换效率重要因素之一。目前常用的敏化剂是有机染料敏化剂2和量子点敏化剂(如CdS、CdSe)3。由于染料分子本身容易发生氧化还原反应而被降解，导致敏化剂和体系的稳定性差，且染料分子容易脱附，使得敏化剂和半导体电极间不能有效地进行电子传递，这些缺点制约了染料敏化剂的应用。量子点敏化剂虽可有效提高半导体电极对可见光的吸收能力，提高光生电子和空穴的分离效率，但Cd元素是对自然界有害的物质同时具有毒性，使用其作为量子点敏化剂会对人体和环境造成伤害。……