[發明專利]金納米粒子修飾樹枝狀二氧化鈦納米棒陣列電極及其制備方法和光電解水制氫應用

無效

• 申請號: 201310264438.6
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103354283A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 鞏金龍;蘇鳳莉;王拓;呂睿;張鵬;盧健偉;馬新賓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;B82B3/00;H01G9/04;H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

技術領域

本發明涉及光電化學技術領域，具體的說，是涉及一種納米棒陣列電極及其制備方法。?

背景技術

太陽能轉化為氫能，在化石燃料日益枯竭及環境污染嚴重的當今社會備受關注¹。二氧化鈦（TiO₂）在自然界中儲備量大、耐腐蝕性好、價廉無毒，具有優越的光催化及光電催化性能，廣泛應用于光催化及光電解水制氫的領域²。然而，TiO₂在光照條件下光生電子-空穴復合極快，光電催化活性較低；同時，TiO₂的禁帶寬度為3.2ev，帶隙較寬，其光吸收范圍限制在紫外光區（僅占發生光總能量的5%），因而TiO₂作為光電陽極材料，難以高效利用太陽光，其光電效率很低。?

近年來，取向良好的一維單晶寬帶隙半導體納米棒陣列或納米陣列受到越來越多的關注。它的優點是能夠為光生電子傳輸提供直接路徑，從而增大電子傳輸速率。單晶的TiO₂納米棒陣列(TiO₂NRs)或納米線陣列作為光電陽極有很大的優勢³。與傳統的TiO₂納米棒陣列相比，樹枝狀的TiO₂納米棒陣列(TiO₂B-NRs)結構因良好的電荷傳輸性能和太陽光吸收性能引起了人們的廣泛關注。HuaWang等人⁴合成了樹枝狀TiO₂納米棒并將其應用于染料敏化太陽能電池。美國斯坦福大學的Jaramillo課題組⁵合成的樹枝狀的TiO₂納米棒陣列薄膜在光解水制氫中表現出了優越的性能，在外界偏壓為0.6V，380nm處，光電轉化效率達到了67%。盡管樹枝狀的TiO₂納米棒在電子傳輸方面相比于TiO₂納米顆粒展現了優越的性能；樹枝狀的TiO₂納米棒相對于TiO₂納米棒表面積也大大提高，但其仍有不可避免的缺點：由于其禁帶寬度較大，仍只能利用紫外光。?

近年來貴金屬負載TiO₂作為對TiO₂光催化活性提升的一種有效手段，引起研究者的廣泛關注。Au納米粒子修飾TiO₂半導體材料，一方面由于Au與TiO₂費米能級的不同，形成了在Au與TiO₂形成俘獲電子的淺勢阱Schottky能壘，從而有效抑制了TiO₂內部的光生電子-空穴對的復合；另一方面，因Au獨特的納米粒子表面等離子體共振（SPR）效應，增加了?材料在可見光區的光吸收。Silva,C.G等人⁶研究了金納米顆粒負載在P25粉末上，這種光催化劑在500nm到650nm都有很強的吸收，在光解水制氫過程中紫外光區和可見光區都展現了優越的性能。?

(1)Messinger,J.Chem?Sus?Chem2009,2,47-48.?

(2)Shankar,K.;Basham,J.I.;Allam,N.K.;Varghese,O.K.;Mor,G.K.;Feng,X.;Paulose,M.;Seabold,J.A.;Choi,K.-S.;Grimes,C.A.J.Phys.Chem.C2009,113,6327-6359.?

(3)Hoang,S.;Guo,S.;Hahn,N.T.;Bard,A.J.;Mullins,C.B.Nano?Lett2012,12,26-32.?

(4)Wang,H.;Bai,Y.;Wu,Q.;Zhou,W.;Zhang,H.;Li,J.;Guo,L.Phys.Chem.Chem.Phys.2011,13,7008-7013.?

(5)Cho,I.S.;Chen,Z.;Forman,A.J.;Kim,D.R.;Rao,P.M.;Jaramillo,T.F.;Zheng,X.Nano?Lett.2011,11,4978-84.?

(6)Silva,C.G.;Juarez,R.;Marino,T.;Molinari,R.;Garcia,H.J?Am?Chem?Soc2011,133,595-602.?

發明內容