光电化学课件-测试方法

半导体载流子的有效质量半导体载流子的有效质量211Edf*22*dkdhmn*nmfanm有效质量Si电子有效质量019m0空穴有效质量016m0Si电子有效质量0.19m0，空穴有效质量0.16m0GaAs电子有效质量0.067m0，空穴有效质量0.082m0BiVO4有效质量计算值BiVO4有效质量计算值ZongyanZhao, Wenjun Luo et al. Phys. Lett. A ,374, 2010, 4919导价带位置VV0059H01976VVRHE=VAg/AgCl+ 0.059pH + 0.1976V))2(2ln(2/3*30dfcTkNhTkEE))2(2(2/300nfcTmkWenjun Luo et al. Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4046NATURE | VOL 414 | 15 NOVEMBER 2001，338‐344||载流子浓度载流子浓度fbVV2)-21（drNC002e光电极电化学活性面积测试a)b)534300mV250mV光电极电化学活性面积测试a)b)4-1012333/cm2)250mV175mV100mV25mV200nm200nm3-4-3-20.950.90.853.3rrent(uA/0.8Potential(VRHE)nmnmc)d)BiVBiV121acitivecuPorousDense500nm500nmBiVO4O4FTOFTO05010015020025030001Capad308(20)050100150200250300Scanrate(mV/s)Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014) 光电化学电池示意图光电化学电池示意图MhlIJHdE311999(2006)Murphy et al. Int. J. Hydrogen Energy 31, 1999 (2006)光电化学水分解全电池太阳能转换效率e‐e‐光电化学水分解全电池太阳能转换效率EFeH+/H2e‐e‐ee‐0 V1.23O2/H2OEgh+22h+hPhotoanodelFsccmmWPVcmmAjSTH22)/()23.1()/(GAMtotalcmmWP5.1)/(光电化学测试系统照片光化学测试系统照片counterreference ldWorkingcounterelectrodeelectrodeelectrodehνlightsource：500WXegIPCE：monochromefilterelectrochemistryanalyzer：CHI600Belectrochemistry analyzer：CHI600B光电化学测试光源，太阳光/氙灯光电化学测试光源，太阳光/氙灯Murphy et al. Int. J. Hydrogen Energy 31, 1999 (2006)upyetatJydogeegy3,999(006)光电流-电极电势曲线光流极势曲线JMRVl25N1J2010J. Mater. Res., Vol. 25, No. 1, Jan 2010水分解半电池太阳能转换效率测试bphVVcmmAjABPE2))(23.1()/(GAMtotalcmmWPABPE5.12)/(Chem. Rev.2010, 110, 6446–6473Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016光电化学外量子转换效率测试jelectronsIPCEph1240光电化学外量子转换效率测试PphotonsIPCEp30401020IPCE(%)380400420440460480500520010Wavelength(nm)XinZhao,WenjunLuo*etal.,Adv.EnergyMater.4,1301785(2014)XinZhao, WenjunLuo et al. , Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014) 光电化学内量子转换效率测试erfacetransportbIPCEAPCEint1000.5abs6080TransmittanceAbsorbancege(%)0.30.4PCE2040ReflectancePercentag0.10.2AP350400450500550600650700020Wavelength(nm)3804004204404604805005200.00.1Wavelength(nm)Wavelength(nm)Wavelength(nm)XinZhao, WenjunLuo* et al. , Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014) 太阳光积分光电流AngewChemIntEd20135211016Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016不同带隙半导体理论最高太阳能分解水效率不同带隙半导体理论最高太阳能分解水效率光电化学分解水产H2产O2法拉第效率测试100%电极上产物的实际质量电流效率光电化学分解水产2产2法拉第效率测试100%电流效率按Faraday定律计算应获得的产物质量AngewChemIntEd20135211016EnergyEnvironSci201144046Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4046固液界面EIS阻抗谱固液界面EIS阻抗谱Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016InGaN光阳极稳定性测试InGaN光阳极稳定性测试Appl. Phys. Lett. 92, 262110 2008Turnover数计算Turnover数计算InGaN光稳定性原因NHEX=0X=0.06X=0.12X=0.20Ga4S+4p+In5S+5pGa4S+4pCB032eV光腐蚀反应竞争反应：‐0.32eV0.12eV0.38eV0.57eV光腐蚀反应：2N3‐+ 6h+N2h+Br2/Br‐1.05V电解液反应：DOSN2pN2pN2pVBO2/H2O1.23VCl2/Cl‐1.40VN2ph+InxGa1‐xN固溶体能带位置示意图DOS重要概念重要概念导价带位置固液界面EIS阻抗谱导价带位置光电极电化学活性面积全电池太阳能转换效率Turnover数全电池太阳能转换效率半电池太阳能转换效率外量子转换效率内量子转换效率内量子转换效率太阳光积分光电流太阳光积分光电流太阳光积分光电流太阳光积分光电流