[發明專利]一種提高光催化分解水制氫催化劑光電轉換效率的方法

在審

• 申請號: 201610063796.4
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN107017088A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 王晉剛
• 申請（專利權）人: 天津海藍德能源技術發展有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種提高光催化分解水制氫催化劑光電轉換效率的方法。

背景技術

太陽能作為一種最豐富的可再生能源，取之不盡，用之不竭。與核能相比，太陽能更為安全；與水能、風能相比，太陽能利用的成本較低，而且不受地理條件的限制，而光解水制氫是一種可以直接將太陽輻射能轉化為氫能的途徑，是極具發展潛力的新能源技術。近年來，利用二氧化鈦陽電極應用于染料敏化太陽電池分解水制備氫氣技術，由于制備工藝簡單、成本低、環境友好等特點，在世界范圍內已被廣泛研究，但產生氫氣的光電轉換率低始終是制約其大規模發展的瓶頸。通過相關機理研究發現，二氧化鈦/染料/電解質界面處的能量損失是導致電池性能下降的主要因素?？稍谌玖先芤褐幸胗袡C小分子共吸附劑，與染料共同吸附在二氧化鈦薄膜表面，抑制染料在二氧化鈦薄膜表面的聚集，提高電子注入效率；同時在二氧化鈦光催化劑表面與染料共同形成一層緊密單分子層，抑制電解質中電子受體與二氧化鈦導帶中的電子復合反應，從而大大促進光電轉換效率的提高。已研究的共吸附劑包括膽酸及其衍生物，鏈狀羧酸或磷酸等，而烷基次膦酸由于含有兩條烷基疏水鏈，將更有效地抑制電子復合。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提供一種提高光催化分解水制氫催化劑光電轉換效率的方法，該方法工藝簡單，操作方便，共吸附劑二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸與常用的具有長鏈的染料（如：Z907）匹配性好，光電轉換效率得到提高。

本發明的技術方案：一種提高光催化分解水制氫催化劑光電轉換效率的方法，在TiO₂多孔膜與Z907染料組成的光敏電極作為陽極，以含有1，2-二甲基-3丙基咪唑碘、I₂，LiI和N-甲基苯并咪唑的3-甲氧基丙腈溶液為電解質，以鉑對電極組裝成電池，通過引入二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸作為Z907的共吸附劑對光陽極進行改性，提高光電轉化效率，具體包括如下步驟：（1）將一定摩爾濃度比的二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸和Z907染料同時溶解于正庚烷/乙腈混合溶液中；（2）將TiO₂多孔膜陽極浸泡于（1）中溶液12 h，然后用乙腈漂洗3次，80℃干燥5 h，得到復合光陽極；（3）以含有1.0 mol/L 1，2-二甲基-3丙基咪唑碘、0.1 mol/L I₂，0.1 mol/L LiI和0.5 mol/L N-甲基苯并咪唑的3-甲氧基丙腈溶液為電解質，將（2）中所得復合光陽極與鉑對電極組裝成電池，進行入射單色光（610 nm）光電轉換效率（IPCE）測試。

所述二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸和Z907染料的摩爾濃度比為0.001：1～1：0.001。

所述二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸中不含其它小分子雙烷基次膦酸。

所述正庚烷與乙腈體積比為1：10～10：1。

本發明的優點是：該方法工藝簡單，操作方便，共吸附劑二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸與常用的具有長鏈的染料（如：Z907）匹配性好，光電轉換效率得到提高；其中二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸中不含有其它小分子雙烷基次膦酸，作為Z907的共吸附劑對光陽極進行改性，占據未被染料吸附的空位，在TiO₂表面以強的P-O-Ti鍵結合，與染料分子形成緊密的單分子層，由于支鏈豐富，與長的直鏈分子相比更有利于光生電子的注入，與短的直鏈分子相比可避免光生電子復合，從而提高染料敏化太陽電池的光陽極光電轉化效率。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明，但是它們并不是對本發明作任何限制。這里僅指出，本發明中使用的試劑和測試設備除特別標明出處之外，均為市售的通用產品。

實施例1。