Анотація до роботи:

Русецький І.А. Фотоелектрохімічні процеси на модифікованих GaAs- і InР- електродах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.05 - електрохімія. - Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І.Вернадського НАН України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вивченню фотоелектрохімічних процесів на модифікованих GaAs- і InР- електродах, а також можливості використання модифікованих електродів у фотоелектрохімічних системах для перетворення сонячного світла та акумулювання водню.

Розроблено методику модифікування поверхні GaAs- і InP-електродів наночастками Au, CdS, фуллеритами та Zn. Встановлено, що модифікування поверхні призводило до збільшення квантового виходу фотоелектрохімічного струму _і в широкій спектральній області, в той же час, модифікування поверхні наночастками Pt призводило до спаду _і в ультрафіолетовій області та його збільшення у видимій області спектра. Показано, що фотоелектрохімічні процеси на GaAs- і InP- електродах протікають за участю поверхневих електронних станів, при цьому модифікування поверхні призводить до зменшення їх концентрації та зменшення рекомбінаційних втрат носіїв заряду і посилення фотокаталітичної активності поверхні, у результаті чого зростала ефективність фотоперетворення.

Показано, що модифіковані GaAs- фотоаноди в сполученні з катодами на основі сплавів La-Ni-Co-Al є ефективними матеріалами для перетворення енергії сонячного світла з акумулюванням водню.

1. Вперше показано, що модифікування поверхні GaAs- і InP-електродів наночастками Pt, Au, CdS та цинком приводить до зменшення рекомбінаційних втрат носіїв заряду, збільшення негативного заряду поверхні та посилення її каталітичної активності, зростання фотоструму і ефективності фотоперетворення.

2. Встановлено, що після модифікування поверхні GaAs- електрода наночастками Pt спостерігається збільшення квантового виходу фотоелектрохімічного струму у видимій області спектра і його спад в ультрафіолетовій області, що пов'язано з впливом катодного фотоструму на сумарний фотострум. Модифікування поверхні GaAs і InP наночастками Au, CdS і Zn (який знаходився на поверхні у зарядовому стані 0 і +2) призводило до збільшення квантового виходу фотоелектрохімічного струму в широкій спектральній області (l=250-970 нм) в результаті зменшення швидкості поверхневої рекомбінації фотогенерованих носіїв заряду та збільшення каталітичної активності поверхні.

3. Для GaAs- і InP-електродів показано, що в процесі переносу заряду через межу поділу напівпровідник - електроліт можуть брати участь поверхневі електронні стани (ПЕС). З дослідження фотоелектрохімічного шуму реакції фотоанодного окислення поверхні InP визначено ступінь заповнення ПЕС носіями заряду (q=0,25). На прикладі реакції електровідновлення кисню на GaAs-електроді показано, що участь ПЕС в у переносі заряду призводить до зменшення значень ефективного коефіцієнта переносу (=0,62-0,63) і його збільшення для сульфідованих електродів (=0,66-0,93) у результаті зменшення внеску ПЕС в катодний процес.

4. Показано, що фотоелектрохімічна реакція на досліджуваних електродах у полісульфідному розчині протікає за участю адсорбованих компонент розчину. З вимірів кінетики релаксації фотопотенціалу знайдено, що в полісульфідному розчині зменшується концентрація поверхневих центрів „повільної” (t >1 мкс) і „швидкої” (t < 900 нс) рекомбінації. Отримано, що к.к.д. перетворення сонячної енергії в електричну на основі модифікованого Pt GaAs- фотоанода досягав 24% при потужності освітлення 100 мВт/см² в полісульфідному електроліті.

5. Показано, що модифікування поверхні GaAs- електрода фуллеритами зменшує сумарні рекомбінаційні втрати на поверхні в результаті взаємодії фуллеритів з активними центрами, утвореними поверхневими дефектами. Знайдено, що фотоелектрохімічні струми, пов'язані з фотогенерованими у фуллеритах неосновними носіями заряду, найбільш сильно проявляються в ультрафіолетовій частині спектра, де фотокаталітична активність GaAs зменшується.

6. Розроблено фотоелектрохімічну систему для перетворення сонячної енергії в хімічну енергію зв'язаного водню на основі фоточутливих у видимій частині спектра напівпровідникових сполук типу А^ІІІВ^V. Встановлено, що модифіковані GaAs- фотоаноди в сполученні з катодами на основі сплавів La-Ni-Co-Al є ефективними матеріалами для перетворення енергії сонячного світла з акумулюванням водню.