رسوب دهي الكتروشيميايي هماتيت و بررسي خواص فتوالكتروشيميايي آن جهت فرايند تجزيه آب و توليد هيدروژن

Electrochemical deposition of hematite and investigation of its photoelectrochemical properties for water splitting

توليد هيدروژن با استفاده از تجزيه آب تحت نور خورشيد يك روش اميدوار كننده براي توليد سوخت پاك و تجديدپذير مي‌باشد. با استفاده از نيمه هادي‌هاي مثبت و منفي به ترتيب به عنوان فتوكاتد و فتوآند مي‌توان آب را به عناصر تشكيل دهنده آن يعني هيدروژن و اكسيژن تجزيه نمود. از هماتيت مي‌توان به عنوان فتوآند براي اين منظور استفاده نمود. در اين تحقيق هماتيت با استفاده از روش رسوب‌دهي الكتروشيميايي ايجاد شده است. جهت تعيين فاز از تفرق اشعه ايكس استفاده شد كه الگوي پراش بيانگر هماتيت با ساختار بلوري رومبوئدرال مي‌باشد. مورفولوژي سطحي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان دهنده‌ي دو لايه‌ي پاييني همراه با ترك و لايه بالايي بصورت ذرات مي‌باشد. مقدار جريان تحت نور با استفاده از پتانسيل روبشي خطي تحت قطع و وصل نور مرئي تعيين شدند كه در پتانسيل v6/0 نسبت به الكترود ag/agcl به مقدار μa.cm2 5/2 بدست آمد. منحني نايكوئيست هماتيت در پتانسيل v0 و v6/0 با استفاده از طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي بدست آمد و مدار معادل آنها شبيه سازي گرديد و مقدار پارامترهاي مربوطه بدست آمدند. همچنين با استفاده از منحني ماتشاتكي مقدار پتانسيل فلت باند و مقدار دانسيته حامل بار به ترتيب به مقدار v 35/0 نسبت به مرجع ag/agcl و cm3 1018×4/8 بدست آمدند.

Production of hydrogen using photoelectrochemical water splitting is a promising method for production of clean and renewable energy source. Using positive and negative semiconductors respectively as photocathode and photoanode, water can be splitted into hydrogen and oxygen. In this study, hematite was synthesized using electrochemical deposition. The diffraction pattern obtained using x-ray diffraction showed hematite having rhombohedral crystal structure. Surface morphology obtained by scanning electron microscope showed a two-layer structure, lower layer with cracks and upper layer consisting of particles. Photocurrent density was obtained using linear sweep voltammetry under chopped illumination and it was obtained at 0.6V vs Ag/AgCl as 2.5 μA.cm-2. Nyquist plot of hematite at potentials of 0V and 0.6V was obtained using electrochemical impedance spectroscopy and an equivalent circuit was fitted to EIS data and the value of the parameters was obtained. Also, using Mott-schottky plot, the flat band potential and the carrier density were obtained to be -0.35V vs Ag/AgCl and 8.4×1018 cm-3.