[發明專利]混合相態硫化鎢修飾的氧化亞銅雙層析氫光電極及制備

有效

• 申請號: 201611186402.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106702450B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 陳瑩;王玥
• 申請（專利權）人: 天津大學仁愛學院
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

本發明公開了一種混合相態硫化鎢修飾的氧化亞銅雙層析氫光電極及制備方法。該電極以FTO玻璃為基底，其上沉積氧化亞銅薄膜層，薄膜層的厚度為0.8?1.0μm，該薄膜層之上是混合相態硫化鎢薄膜層，混合相態是由2H?WS₂和1T?WS₂構成，該薄膜層的厚度為0.2?0.4μm，兩薄膜層的質量比為1:0.15～0.30。其制備方法包括，在FTO玻璃上電沉積制備Cu₂O薄膜，對WS₂插層剝離得M?WS₂溶液，將Cu₂O薄膜在M?WS₂溶液中制得混合相態硫化鎢薄膜層。該電極用于光電催化分解水制備氫氣。本發明的優點在于，制備過程簡單，制得電極不含貴金屬，成本較低，光電析氫效率高。

技術領域

本發明涉及一種混合相態硫化鎢修飾的氧化亞銅雙層析氫光電極及制備方法，屬于光電極技術領域。

背景技術

能源短缺是二十一世紀面臨的嚴峻問題，尋找可持續以及清潔的能源不僅能夠解決由能源短缺引發的各種社會問題，還可以減少由化石燃料燃燒導致的環境污染。光電化學析氫技術是一項新興的能源技術，它將光電轉換過程和電析氫過程相結合，可以將太陽能轉化為電能，并通過析氫催化劑將該電能進一步用于電解水制備氫氣，具有很大的發展潛。

氧化亞銅（Cu₂O）是一種典型的p型直接半導體，其禁帶寬度只有~2.0 eV，是為數不多的能被可見光激發的半導體材料，用這種材料制成的納米Cu₂O薄膜不僅能夠顯著的提高太陽光能的利用效率，并且由于其制備成本很低，有工業化生產的前景，因此在太陽能的開發利用方面具有很大的應用潛力。然而純的Cu₂O作為光催化劑具有以下兩個缺點：（1）由光激發產生的電子和空穴容易在催化劑表面發生復合轉化為熱能，從而降低催化過程的光電轉換效率或者氫氣產量；（2）由于Cu₂O中的Cu為中間價態（+1），容易被氧化，使得催化劑的保存較困難，容易發生光腐蝕而降低催化劑的反應活性。

在Cu₂O的表面添加析氫催化劑，如貴金屬金，銀，鉑等，不僅可以起到保護層作用，增強其抗氧化及抗光腐蝕能力，還可以起電子受體的作用，能夠將半導體導帶上的激發態電子轉移到貴金屬表面，從而達到促進空穴-電子分離的目的，使光電轉換過程的效率也大大提高，但是，由于貴金屬成本較高，限制了其規模化應用。硫化鎢（WS₂）由于具有特殊的二維層狀結構，且制備方法簡便，成本較低，受到了越來越多研究者的關注。層狀的WS₂具有兩種較為穩定的相態，分別是具有半導體性質的2H- WS₂和具有金屬性質的1T- WS₂，其中1T-WS₂的電析氫活性較高，而且可以通過對商業化的WS₂固體粉末進行鋰插層處理制備。以WS₂作為析氫催化劑代替貴金屬對半導體光催化劑進行修飾，可以獲得廉價且高效的析氫光電極。

目前尚未有見到有關以硫化鎢修飾的氧化亞銅雙層析氫光電極報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種混合相態硫化鎢（M-WS₂）修飾的氧化亞銅（Cu₂O）雙層（M-WS₂/Cu₂O）析氫光電極及其制備方法。該析氫光電極具有用于電解水制備氫氣的效率高的特點，其制備過程簡單、成本低。