ساخت و مشخصه یابی لایه های نازک متخلخل BiVO۴: تاثیر نقص های ساختاری بر خواص فوتوالکتروشیمیایی

در این تحقیق، لایه ­های نازک متخلخل BiVO۴ به ضخامت حدود ۱/۳ میکرومتر به کمک روش افشانه 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 اندازه بلورک ­های آن حدودnm  ۱۶ تخمین زده شد. بر اساس تحلیل نتایج طیف جذب اپتیکی در محدوده مرئی-فرابنفش، لایه­ های ساخته شده دارای شکاف نواری برابر با eV ۲/۴۷~ به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) به خوبی ساختار متخلخل لایه­ها را نشان میدهد. اندازه متوسط تخلخل های سطح لایه برابر باnm  ۱۶۲~ و قطر متوسط رگه های BiVO۴ برابر با nm ۲۰۸~ 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 ۶ برابر افزایش یافته که به معنی فرار الکترون ­های سطحی است. مقاومت انتقال بار و ظرفیت لایه هلمهولتز به ترتیب تقریبا ۲ برابر و ۰/۴ برابر مقادیر به دست آمده درمقایسه با حالت قبل از احیا به دست آمد، که مبین فرار الکترون­ ها از لایه متناظر با حالت­ های سطحی به لایه 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 موثر حامل ­های بار بعد از عملیات احیای الکتروشیمیایی به حدود ms ۲۵ رسیده که تقریبا به ۲ برابر مقدار آن در حالت قبل از عمل احیا، افزایش می یابد

Keywords:

بیسموت وانادیت , لایه نازک , افشانه پایرولیز , متخلخل , نقص اکسیژن