沉积在Cu/TiO?纳米结构上的有效Ir共催化剂，可提升在紫外光和可见光下的氢气释放效率

《Surfaces and Interfaces》：Effective Ir co-catalyst Deposited onto Cu/TiO 2 Nanostructures for Improved Hydrogen Evolution under UV and Visible Light

本研究系统探究了沉积电位对氟掺杂锡氧化物（FTO）涂覆玻璃基底上无粘结剂四方形氧化铋（β-Bi?O?）薄膜的结构、形貌、光学和电化学性能的影响。结果表明，沉积电位显著影响薄膜的结晶度（61% vs 51%）、形貌（从球状颗粒到花椰菜状结构）和带隙（2.29 eV），-1.1 V电位下薄膜表现出最佳超级电容器性能（138.5 mF cm?2），电荷存储机制从扩散控制转向电容主导。

　　这项研究主要探讨了沉积电位对无粘结剂四氧化二铋（β-Bi?O?）薄膜的结构、形貌、光学和电化学性能的影响。研究对象是沉积在氟掺杂氧化锡（FTO）玻璃基底上的薄膜，通过系统分析不同沉积电位下的性能变化，揭示了沉积电位在调控这些薄膜特性中的关键作用。实验结果显示，所有沉积电位下的薄膜都保持了稳定的β-Bi?O?相结构，但沉积电位的变化对结晶度、光学带隙、表面形貌以及超级电容器性能产生了显著影响。特别是在沉积电位为-1.1 V和-1.3 V的薄膜中，结晶度分别达到了61%和56%，远高于-1.2 V下51%的结晶度。这表明，通过调整沉积电位可以有效提高薄膜的结晶质量，从而增强其电化学性能。

在形貌方面，随着沉积电位的升高，β-Bi?O?纳米结构呈现出从近球形颗粒向花椰菜状结构的转变。这种形貌的变化与光学带隙的降低密切相关，光学带隙从-1.2 V下的2.5 eV减少到-1.3 V下的2.29 eV。光学带隙的减小意味着材料在可见光区域的光吸收能力增强，这可能有助于提升其在光电器件中的应用潜力。此外，沉积电位的变化还影响了电荷存储机制，从扩散控制行为向更显著的电容贡献转变。这一现象表明，材料在不同电位下的电荷存储方式发生了变化，从而对超级电容器的性能产生了不同的影响。

研究背景指出，随着可再生能源的广泛应用和电子设备需求的增加，开发高性能的能量存储材料成为迫切需求。传统的电容器和电池虽然在某些应用中表现出色，但在能量密度和功率密度方面存在不足。相比之下，超级电容器因其高能量密度和高功率密度，被认为是一种具有广泛应用前景的储能技术。超级电容器的两种主要类型分别是基于静电储能的电双层电容器（EDLC）和基于法拉第反应的赝电容器。赝电容器因其较高的能量密度而受到关注，同时具备类似于电池的储能机制，但具有更快的固态扩散过程，从而实现更高的功率密度。

在赝电容器材料中，过渡金属氧化物（TMOs）被认为是最有效和成功的材料之一。这些材料具有多种氧化态，使得它们在电化学反应中表现出更高的灵活性和性能。例如，RuO?电极作为最早的赝电容器之一，已经展示了出色的电化学储能性能，但其应用受限于贵金属钌的高成本。因此，研究者开始关注开发非贵金属、低成本且可持续的氧化物材料，以替代RuO?并提升超级电容器的性能。

β-Bi?O?纳米结构因其丰富的资源、无毒、成本低、高离子导电性以及优越的储能性能而受到越来越多的关注。这些特性使得β-Bi?O?成为一种极具潜力的赝电容器材料。然而，β-Bi?O?薄膜的储能性能高度依赖于合成方法和条件，尤其是结构和形貌的调控。目前，溶胶-凝胶法和水热法等化学合成方法已被广泛用于制备β-Bi?O?薄膜，但这些方法通常需要绝缘的粘结剂或粘合剂来实现涂层，且对薄膜的相、形貌和结晶度的控制有限。相比之下，电沉积技术具有快速沉积、均匀性好且无需粘结剂的优点，能够直接在各种导电基底上形成薄膜。此外，通过调节沉积时间、施加电位、电解液浓度等参数，可以实现对纳米结构的相、晶粒尺寸和形貌的精细控制。

本研究旨在通过优化沉积电位，提高β-Bi?O?基超级电容器电极的面积电容，并揭示沉积电位对纳米结构β-Bi?O?薄膜结晶度、晶粒尺寸、形貌和光学带隙的影响。研究还通过循环伏安法（CV）和恒电流充放电（GCD）测试分析了薄膜的超级电容器行为，并特别关注了沉积电位对电荷存储机制的影响。通过系统研究，研究人员希望为高性能超级电容器的开发提供新的思路和方法。

研究中使用的材料包括四氧化二铋（Bi?O?），其制备过程涉及电化学沉积和随后的煅烧步骤。为了获得最佳的沉积电位，研究人员在FTO玻璃基底上进行了循环伏安测试，使用0.01 M的Bi3?与0.05 M的三钠柠檬酸（TSC）复合的电解液。测试结果显示，在-1.1 V和-1.3 V的沉积电位下，薄膜表现出更高的结晶度，这可能与其表面形貌的变化有关。同时，光学带隙的降低也表明材料在光吸收方面的性能有所提升，这可能对其在光电器件中的应用产生积极影响。

研究还发现，随着沉积电位的升高，β-Bi?O?纳米结构从近球形颗粒逐渐转变为花椰菜状结构，这种形貌的变化不仅影响了材料的物理性能，还可能对其电化学行为产生影响。在电荷存储机制方面，研究人员观察到在较低沉积电位下，电荷存储主要依赖于扩散控制行为，而在较高沉积电位下，电容贡献变得更加显著。这种现象表明，沉积电位的变化可以调控材料的电荷存储方式，从而影响其整体性能。

研究的结论指出，沉积电位对β-Bi?O?薄膜的晶体结构、形貌、光学性能以及电化学储能行为具有重要影响。尽管所有薄膜都保持了稳定的β-Bi?O?相结构，但不同的沉积电位导致了材料性能的显著差异。具体而言，沉积电位为-1.1 V和-1.3 V的薄膜表现出更高的结晶度和更优的电化学性能，这为优化超级电容器电极的性能提供了新的方向。通过系统研究沉积电位对这些材料特性的影响，研究人员希望能够进一步提升β-Bi?O?在超级电容器中的应用潜力，并为未来的研究提供理论支持。

此外，本研究还强调了沉积电位在调控材料性能中的重要性。通过改变沉积电位，可以实现对材料的结构、形貌、光学和电化学性能的优化，从而提高其在储能领域的应用价值。这些发现不仅有助于理解β-Bi?O?薄膜的形成机制，还为开发高性能的超级电容器电极提供了新的思路。研究者希望通过这些结果，推动β-Bi?O?在能量存储领域的进一步应用，并为相关研究提供参考。