《表2 电化学阻抗谱对应参数》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《花状硫化铜的合成及其光电催化性能》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

为进一步研究2.2中花状CuxS的催化性能及印刷层数对电池性能的影响机理，测试了对电极的电化学性能（图4）。图4a是电化学阻抗谱，插图为等效电路图，相应参数见表2，其中Q1和Q2表示双电层恒相位角元件；Rs代表系统阻抗，反映了对电极导电性；Rct1代表电解质-催化剂界面电荷传输阻抗，反映了CuxS的催化活性；Rct2代表基底-催化剂界面电荷传输阻抗，反映了CuxS与FTO的接触良好程度[16]。由结果可知，一层CuxS对电极的Rs=3.06Ω、Rct1=0.52Ω和Rct2=3.04Ω，均小于2层的相应参数，表明前者具有更好的导电性，更高的催化活性，并能与基底更好地接触，从而表现出如图3所示更高的光电转换效率。图4b是相应的Tafel曲线，由图可知一层对电极的阴极、阳极分支均高于两层，表明前者较后者具更大的交换电流密度（J0）和极限扩散电流密度（Jlim）[17]。通常用J0评价对电极对电解液的还原催化活性，通过公式J0=RT/（nFRct）（R为摩尔气体常数，T为热力学温度，n为对电极与电解液界面每个化学反应转移的电子数，F为法拉第常数） 可以看出[18]，J0值越大，Rct值越小，计算可知一层对电极相对于两层具有更小的Rct值，即较小的电荷传输阻力，导致更好的对电极催化还原活性，最终为全电池带来更优异的光电转换效率。同时通过公式D=lJlim（2nFC）（D为电解液中S22-的扩散系数，l为电极间距，C为电解液中S22-的浓度） 可知，Jlim值越大，D值越大[19]，表明一层对电极周围的电解液中氧化态物质的扩散速度更快，这也更加有利于电池光伏性能的提高。从Tafel极化曲线分析可知，Tafel测试结果与阻抗结果吻合。另外，通过采用由对电极、工作电极、参比电极组成的三电极体系进行循环伏安（CV）测试，较高的阴极峰电流密度意味着对电极具有较高的催化活性。图4c中虽然曲线差异较小，但仍可看出一层的对电极具有更大的阴极峰电流密度，表明一层时具有更强的光电催化活性。图4d是一层对电极扫描50圈的CV曲线，重合度较高，表明该对电极具有良好的耐久性和稳定性。一般理论上催化剂越多，催化性越好，暗示着刷两层比一层催化性能好，然而实验结果表明一层的活性要略优于两层的，这与文献报道中一致[20-22]，即在对电极制备条件一样的情况下印刷层数只影响膜厚、导电性、界面稳定性，并不影响催化剂的物相与形貌，因此，一层或两层并不影响CuxS物相与微结构，其性能差异主要源于两层时具有较大的系统阻抗和界面传输阻抗，这与EIS结果相符。