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摘 要

在科学技术不断发展的今天，光电化学现象作为目前科学研究领域举足轻重的一条分支，被人们广泛地进行了研究，并且获得了极大的关注度，它可以将太阳光的能量转变为人们可以储存的化学能，能够缓解各国各地资源短缺的现状。目前主要钻研的电极材料为氮氧化物，氮氧化物的稳定性高，光吸收能力强于一般化合物，同样也具备适合的带隙宽度、稳定的载流子传输、成本低等优点。

本文主要以具备合适带隙，光吸收性能强的SrTaO₂N为研究对象，通过高温氮化它的前驱体钽酸钠制得SrTaO₂N，然后通过调节制备温度的方法，对其光吸收性能进行有效的检测，熟悉数据处理常用软件的使用，比如Origin等，从而可以高效处理我们实验所得到的数据，并得到最优解，进而对物化表征结果进行分析。

关键词：光电化学 氮氧化物 光吸收能力

Effect of preparation temperature on the light absorption of SrTaO₂N

ABSTRACT

Today, with the continuous development of science and technology, photoelectrochemical phenomenon, as an important branch of scientific research, has been widely studied and received great attention. It can transform the energy of sunlight into the chemical energy that people can store, and can alleviate the current situation of resource shortage in various countries.At present, the main research electrode material is nitrogen oxide, which has high stability, better light absorption capacity than general compounds, and also has the advantages of suitable band gap width, stable carrier transport, low cost.

In this paper, SrTaO₂N with suitable band gap and strong optical absorption is studied. SrTaO₂N is prepared by nitriding its precursor sodium tantalate at high temperature, then by adjusting the preparation temperature,we can effectively test its light absorption performance, and be familiar with the use of commonly used data processing software, such as Origin, etc., so that we can effectively process the data obtained in our experiment, and get the optimal solution, and then analyze the physical and chemical characterization results.

Key Words: Photoelectrochemistry；Nitrogen oxide；Light absorption capacity

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1光电化学水分解电池 1

1.1.1 基本组成结构 1

1.1.2 工作原理 2

1.1.3 主要类型 2

1.2光电化学水分解电池主要的性能参数 3

1.2.1 量子转换效率 3

1.2.2 法拉第效率 3

1.2.3 太阳能转换效率 4

1.2.4 光电流 4

1.3几种广泛研究的半导体电极的研究 4

1.3.1 Ta₃N₅光电极的研究 4

1.3.2金属氧化物电极的研究 5

1.4半导体光电极SrTaO₂N的研究现状 5

1.4.1 半导体光电极材料的光吸收能力 5

1.4.2 提升氮氧化物性能的方法 6

1.4.3 电极材料SrTaO₂N的优点与其存在的缺陷 6

1.4.4 SrTaO₂N的晶体结构以及合成材料 7

1.5 本文内容安排与研究思路 7

第二章 实验表征部分 9

2.1物理性质表征 9

2.1.1 X射线衍射分析（XRD） 9

2.1.2 透视电子显微镜（TEM） 9

2.1.3 扫描电子显微镜（SEM） 9

2.1.4 X射线光电子能谱分析（XPS） 9

2.2前驱物NaTaO₃粉末的制备 10

2.2.1 NaTaO₃粉末的制备方法 10

2.2.2 NaTaO₃作为前驱物的优点 10

2.2.3 NaTaO₃粉末的制备过程 12

2.3 SrTaO₂N粉末的制备 12

2.3.1 SrTaO₂N粉末的制备原理 12

2.3.2 粉末样品的制备装置 13

第三章 SrTaO₂N光电化学性能的研究 15

3.1 NaTaO₃及SrTaO₂N粉末的XRD表征 15

3.2 制备温度对于SrTaO₂N电极光电化学性能的影响 16

3.3 小结 19

第四章 结果与展望 20

4.1 主要结论 20

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

现代社会不可再生资源急剧短缺并不断被消耗，人类面临着资源的严峻考验，因此创造出新型环境保护型的可再生资源就显得尤为重要，是实现人与自然融洽相处的关键举措。相比于其他对再生资源的利用方式，水解电池可以在很大程度上对太阳光进行吸收并利用，也可以对水进行直接分解作用，而且价格很低。因此，光电化学水分解制氢在利用太阳能方面是很有潜力的。

1.1光电化学水分解电池

1.1.1 基本组成结构

一般来说，光电化学水分解电池是由阳极，阴极，外部电路和电解液组成，如图1-1所示[1]。它的基本特征与普通的电解池相似，水分子会在阳极表面失去电子发生氧化反应，形成氧气分子；类似的，在阴极表面发生还原反应的水分子会被还原为氢气分子。阴极材料一般选择较高催化性能、化学稳定性强的金属材料，这样可以充分体现阳极材料的工作性能，其中Pt是应用最多的阴极材料。当然也与普通电解池有不同的地方，光电水解电池的电极可以利用太阳光的能量，用于提供反应时所需的能量，也可代替外部施加的部分电能。

电解液也是电解池中不可或缺的物质，一般来说，其成分是水，但水的导电性能较差。严重阻碍了电解液中正负电荷的传输，我们可以向里面加入离子物质，但必须严格控制离子的浓度，不然会导致浓度不均匀，从而影响其电极反应。除此之外，环境中的PH值对其反应也占很大影响，因为有些反应需要严格的反应条件，若反应条件出错，其产物会有所不同，最终也会对水分解反应由一定方面的影响。

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