项目名称: 微波法合成α-Fe2O3单晶纳米线及其在太阳能光解水电池中的应用研究

项目编号: No.21501083

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无机化学

项目作者: 陶春兰

作者单位: 兰州大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 本项目着眼于解决在光催化、传感器、环境等领域应用极为广泛的α-Fe2O3纳米材料的晶相与形貌的可控合成问题。拟用微波合成法制备单晶α-Fe2O3纳米线阵列用做太阳能光解水电池的半导体电极。利用微波加热快速、反应均匀、易于操作等优点,突破目前α-Fe2O3纳米线阵列无法直接获得,需通过高温相变的技术瓶颈。采用溶液生长掺杂和高温扩散掺杂提高α-Fe2O3载流子浓度和导电性,解决载流子复合率高的缺点。利用表面修饰消除表面态,通过修饰催化剂的方法改善α-Fe2O3水氧化动力学过程缓慢的不足。通过光电转化测试,探寻最佳合成、掺杂、修饰方法。本项目提出的微波合成单晶α-Fe2O3纳米线阵列的策略具有一定的开拓性,掺杂及后处理过程对于彻底解决α-Fe2O3载流子复合率高和水氧化缓慢的先天不足具有积极的指导意义。同时,本项目的实施有望为新材料的制备和太阳能开发提供相应的理论指导和技术支持。

中文关键词: 微波合成;α-三氧化二铁;单晶;纳米线;光解水

英文摘要: The project focuses on phase and morphology controlled synthesis of α-Fe2O3 which has been widely used in the field of photocatalytic, sensor and environment. We are devoted to fabricate single crystal α-Fe2O3 nanowire array photoanode by microwave-assisted synthesis for application in photoelectrochemical water splitting. With the aim to break through the bottleneck that single crystal α-Fe2O3 nanowire is very hard to be obtained without a process of high-temperature phase transition, we are planning to utilize the strategy of microwave-assisted synthesis by taking its advantages of heating fast, uniform reaction, easy operation, etc. We are planning to improve carrier concentration and conductivity of α-Fe2O3 to address the drawback of high carrier recombination rate by the way of solution processed and high-temperature doping. Meanwhile, we will reduce the surface state of α-Fe2O3 through surface modification and improve.the dynamics of water oxidation by deposition of co-catalyst. The photoelectrochemical performance of α-Fe2O3 will, we believe, be further improved after optimization of parameters of synthesis, doping and surface modification by measurement of photo-to-electricity conversion. The strategy of fabricating single crystal α-Fe2O3 nanowire arrays by using microwave-assisted synthesis proposed in this project is fairly innovative. The way utilized in doping and surface modification will be useful to address the deficiencies of high carrier recombination rate and slow water oxidation in α-Fe2O3. Finally, we believe the project will provide useful theoretical basis and technical support for the development of new materials and utilization of solar energy.

英文关键词: Microwave-assisted synthesis;α-Fe2O3;Single crystal;Nanowire;Water splitting

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