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半导体光电化学分解水技术被视为21世纪解决能源危机和环境污染两大问题最有效的措施之一。本文以CdS和TiO2两种性能优良的半导体材料为基底,利用电化学沉积方法将Ni(OH)2纳米片生长到CdS和TiO2纳米棒阵列的表面,通过实验过程中调节沉积电流的大小控制Ni(OH)2的负载量,制备出同时具有p-n结和type-Ⅱ型能带结构的新型三维异质结构光电阳极CdS@Ni(OH)2和TiO2@Ni(OH)2,对样品的成分、晶相、形貌、尺寸等进行表征,并研究其光吸收性能和光电性能,探究半导体异质结构中光生电子与空穴的分离传输过程,对样品的光电性能增强机制给出合理解释。本文主要研究内容与结论如下:(1)CdS和TiO2纳米棒结构的制备及光电性能研究。利用水热法在FTO玻璃上分别合成CdS和TiO2纳米棒阵列。表征结果显示六方纤锌矿相CdS纳米棒为六棱柱结构,其横截面直径约为150-200nm,金红石型的TiO2纳米棒为四棱柱结构,其横截面直径约为100nm。性能测试表明CdS具有较强的可见光吸收性能,CdS光阳极的光电流密度为0.22mA/cm2,光氢转换效率在施加偏压0.67V(vs.RHE)时最高值为0.084%,光电转换效率在波长为340nm时最高值为8.5%;TiO2具有优异的紫外光吸收性能,TiO2光阳极的光电流密度为0.5mA/cm2,光氢转换效率在施加偏压为0.35 V(vs.RHE)时达到最大值0.32%。(2)Ni(OH)2修饰CdS纳米棒结构的制备及光电性能研究。通过电化学沉积法将Ni(OH)2纳米片生长在CdS纳米棒阵列表面,通过控制沉积电流的大小制备出不同Ni(OH)2负载量的新型三维分层异质结构CdS@Ni(OH)2。表征结果显示Ni(OH)2纳米片自组装成三维层状结构。性能测试表明该异质结构的可见光吸收性能和光电性能明显增强,在沉积电流为2.5 mA条件下制备的CdS@Ni(OH)2光阳极电流密度高达1.1 mA/cm2,是纯CdS光阳极的5倍,当偏压为0.67 V(vs.RHE)时,其光氢转换效率最大值为0.26%,是纯CdS光阳极的3.3倍,在波长为340 nm处,其光电转换效率最大值为16%,是纯CdS光阳极的2.8倍。研究表明CdS@Ni(OH)2光阳极光电化学分解水性能的增强归因于异质结构中有效的电荷分离与传输,这是通过p-n结和type-Ⅱ型能带结构的协同作用实现的。(3)Ni(OH)2修饰TiO2纳米棒结构的制备及光电性能研究。通过电化学沉积法将Ni(OH)2纳米片生长在TiO2纳米棒阵列表面,制备出新型三维分层光电阳极TiO2@Ni(OH)2。表征结果显示Ni(OH)2纳米片自组装成三维层状结构。性能测试结果表明所制备的三维分层异质结构样品TiO2@Ni(OH)2紫外光吸收性能和光电性能明显增强,其最大电流密度为0.75mA/cm2,是纯TiO2样品的1.5倍,当施加偏压为0.35V(vs.RHE)时,其光氢转换效率最大值为0.48%,是纯TiO2样品的1.5倍。研究表明TiO2@Ni(OH)2光阳极光电化学分解水性能的增强归因于异质结构中电荷的有效分离与传输,这是通过p-n结和type-Ⅱ型能带结构的协同作用实现的。