DOI:10.1016/j.matchemphys.2020.123270

在这项研究中，通过静电纺丝法和后煅烧在FTO基板上开发了掺杂Al（AZO）和Cu（CZO）的纳米结构ZnO薄膜（TFs），以实现光电化学（PEC）水分解的目的。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、掠入射X射线衍射仪（GIXRD）、拉曼光谱仪、光致发光（PL）和紫外-可见光谱仪对光阳极的微观结构、组成和电光学性质进行了全面表征。微观结构研究表明，在400℃下煅烧后，纳米纤维垫在10-20 nm范围内交换为交联的ZnO纳米颗粒（NPs）。此外，电光研究表明，Al和Cu可以分别掺入ZnO纤锌矿晶体结构中。掺杂Al和Cu后，ZnO TFs的吸光度增加，带隙分别从3.19 eV降低到3.12和3.04 eV。在相对于Ag/AgCl为0.4 V的偏压电势下，在AM 1.5光照下，掺杂AZO和CZO TFs的光电流密度分别比未掺杂的ZnO高16.4和16.8倍。由于增加的光吸收、均匀的NPs附着和更快的电荷转移，CZO分析具有最高的光子转换效率。此外，电化学阻抗谱（EIS）和Mott–Schottky（MS）评估表明，在光照下电子-空穴对分离，n型CZO半导体的载流子密度最高。研究结果为采用工业友好且经济高效的静电纺丝法制备高效的PEC水分解光电极开辟了新的途径。

图1.形态学研究。在400℃下煅烧1小时后，（a）ZnO、（b）AZO和（c）CZO纳米纤维毡涂覆FTO基板的SEM图像以及（d）ZnO、（e）AZO和（f）CZO TFs的FESEM显微照片。

图2.化学成分性质。（a）F-AZO的FESEM横截面图，以及（b）FTO表面和F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的EDS光谱；（c）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的GIXRD图谱，以及（d）ZnO、AZO和CZO的拉曼光谱。

图3.光电特性。（a）F-ZnO、（b）F-AZO和（c）F-CZO TFs的PL光谱反卷积，以及（d）F-ZnO、（e）F-AZO和（ f）F-CZO TFs的能带图；（g）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的紫外吸收光谱，和（h）吸收光谱（（ahv）2相对于对光子能量hν）。

图4.PEC特性。（a）在模拟阳光照射下，相对于Ag/AgCl在+0.4 V的施加电势下，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的时间依赖性光响应（插图：太阳光子吸附和电子空穴激活的示意图），（b）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs在光下的稳定性图，（c）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs在模拟阳光下的LSV图，（d）在模拟阳光下，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的光转换效率与施加电势的关系。

图5.EIS研究。FTO涂覆ZnO、AZO和CZO TFs的奈奎斯特光谱：（a）在黑暗和（b）模拟阳光下。在各图的插图中显示了合适的等效电路模型。（c）在黑暗中，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的Mott-Schottky图。