DOI:10.1016/j.matchemphys.2020.123270
在這項研究中，通過靜電紡絲法和后煅燒在FTO基板上開發了摻雜Al（AZO）和Cu（CZO）的納米結構ZnO薄膜（TFs），以實現光電化學（PEC）水分解的目的。使用場發射掃描電子顯微鏡（FESEM）、掠入射X射線衍射儀（GIXRD）、拉曼光譜儀、光致發光（PL）和紫外-可見光譜儀對光陽極的微觀結構、組成和電光學性質進行了全面表征。微觀結構研究表明，在400℃下煅燒后，納米纖維墊在10-20 nm范圍內交換為交聯的ZnO納米顆粒（NPs）。此外，電光研究表明，Al和Cu可以分別摻入ZnO纖鋅礦晶體結構中。摻雜Al和Cu后，ZnO TFs的吸光度增加，帶隙分別從3.19 eV降低到3.12和3.04 eV。在相對于Ag/AgCl為0.4 V的偏壓電勢下，在AM 1.5光照下，摻雜AZO和CZO TFs的光電流密度分別比未摻雜的ZnO高16.4和16.8倍。由于增加的光吸收、均勻的NPs附著和更快的電荷轉移，CZO分析具有最高的光子轉換效率。此外，電化學阻抗譜（EIS）和Mott–Schottky（MS）評估表明，在光照下電子-空穴對分離，n型CZO半導體的載流子密度最高。研究結果為采用工業友好且經濟高效的靜電紡絲法制備高效的PEC水分解光電極開辟了新的途徑。
圖1.形態學研究。在400℃下煅燒1小時后，（a）ZnO、（b）AZO和（c）CZO納米纖維氈涂覆FTO基板的SEM圖像以及（d）ZnO、（e）AZO和（f）CZO TFs的FESEM顯微照片。
圖2.化學成分性質。（a）F-AZO的FESEM橫截面圖，以及（b）FTO表面和F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的EDS光譜；（c）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的GIXRD圖譜，以及（d）ZnO、AZO和CZO的拉曼光譜。
圖3.光電特性。（a）F-ZnO、（b）F-AZO和（c）F-CZO TFs的PL光譜反卷積，以及（d）F-ZnO、（e）F-AZO和（ f）F-CZO TFs的能帶圖；（g）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的紫外吸收光譜，和（h）吸收光譜（（ahv）2相對于對光子能量hν）。
圖4.PEC特性。（a）在模擬陽光照射下，相對于Ag/AgCl在+0.4 V的施加電勢下，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的時間依賴性光響應（插圖：太陽光子吸附和電子空穴激活的示意圖），（b）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs在光下的穩定性圖，（c）F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs在模擬陽光下的LSV圖，（d）在模擬陽光下，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的光轉換效率與施加電勢的關系。
圖5.EIS研究。FTO涂覆ZnO、AZO和CZO TFs的奈奎斯特光譜：（a）在黑暗和（b）模擬陽光下。在各圖的插圖中顯示了合適的等效電路模型。（c）在黑暗中，F-ZnO、F-AZO和F-CZO TFs的Mott-Schottky圖。
