ساخت و مشخصه یابی لایه‌های نازک متخلخل BiVO4: تأثیر نقص‌های ساختاری بر خواص فوتوالکتروشیمیایی

Abstract

در این تحقیق، لایه ­های نازک متخلخل BiVO4 به ضخامت حدود 1/3 میکرومتر به کمک روش افشانۀ پایرولیز پالسی بر روی بستر رسانای شفاف ITO تهیه شد. بررسی الگوی پراش پرتو X، نشان داده که این لایه­ ها ساختار چهار وجهی شیلایت داشته و میانگین اندازۀ بلورک ­های آن حدودnm 16 تخمین زده شد. بر اساس تحلیل نتایج طیف جذب اپتیکی در محدودۀ مرئی-فرابنفش، لایه­ های ساخته شده دارای شکاف نواری برابر با eV 2/47~ به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) به خوبی ساختار متخلخل لایه­ها را نشان میدهد. اندازه متوسط تخلخل های سطح لایه برابر باnm 162~ و قطر متوسط رگه های BiVO4 برابر با nm 208~ تعیین شد. با استفاده از عملیات احیای الکتروشیمیایی، نقص­ های اکسیژن در لایه­ ها ایجاد شده و تاثیر آن بر خواص الکترو/فوتوالکتروشیمیایی آنها مورد برررسی قرار گرفت. نتایج اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) نشان داد که در اثر عملیات احیا، ظرفیت خازنی مربوط به حالت های سطحی بیش از 6 برابر افزایش یافته که به معنی فرار الکترون ­های سطحی است. مقاومت انتقال بار و ظرفیت لایۀ هلمهولتز به ترتیب تقریباً 2 برابر و 0/4 برابر مقادیر به دست آمده درمقایسه با حالت قبل از احیا به دست آمد، که مبین فرار الکترون­ ها از لایۀ متناظر با حالت­ های سطحی به لایۀ هلمهولتز است. با رسم نمودار منفی فاز بر حسب لگاریتم بسامد اعمالی و با توجه به بسامدی که نمودار بیشینه می ­شود، مشخص شد که طول عمر مؤثر حامل ­های بار بعد از عملیات احیای الکتروشیمیایی به حدود ms 25 رسیده که تقریباً به 2 برابر مقدار آن در حالت قبل از عمل احیا، افزایش می‌یابد

Keywords

• بیسموت وانادیت
• لایۀ نازک
• افشانۀ پایرولیز
• متخلخل
• نقص اکسیژن