[發明專利]一種高氧化性卟啉敏化SnO2仿生光陽極制備方法

有效

• 申請號: 201710472874.0
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107301920B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 那永;苗思文;韋沛成;周麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光陽極制備方法，它涉及一種光陽極的制備方法。本發明的目的是要解決現有制備水氧化光陽極的成本高，光學性能和化學性質穩定性差和水分解效率低的問題。方法：一、制備SnO₂粉體；二、配制SnO₂漿料；三、制備SnO₂光陽極；四、制備光敏劑敏化后的光陽極；五、制備經光敏劑與催化劑共敏化的光陽極；六、先浸漬到ZrCl₄的乙醇水溶液，再浸漬到電子傳輸介質中，得到高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光陽極。本發明適用于制備高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光陽極。

技術領域

本發明涉及一種光陽極的制備方法。

背景技術

能源作為人類社會發展的基石，其開發和利用的方式一直是全社會關注的焦點。而如今隨著人類社會的高速發展，以化石能源作為主要能源所產生的環境問題驅使人們去尋找一種更綠色環保的可持續能源。氫能以其清潔以及高能量密度的特點進入科學家們的視野，通過模擬光合作用利用太陽能來分解水產生氫氣可以持續不斷的提供這一清潔能源。

模擬光合作用分解水制氫的研究進程中，水氧化反應成了制約因素，因此構建分子水氧化器件，提高水氧化效率成為當前的研究熱潮。水氧化光陽極主要包括光敏劑、催化劑和光陽極半導體材料三部分，其中光敏劑的研究多以釕基多吡啶化合物為主，但是其吸光范圍有限，不能充分利用可見光區，相比之下，具有共軛結構的卟啉，與PSII中的葉綠素結構相似，有較強的S-band和Q-band吸收，可以提升可見光的利用率，并且可以通過調節官能團的結構改變氧化電位，還可以通過羧基或其他基團直接吸附在半導體納米粒子表面。當前的催化劑多以釕基催化劑為主，尤其是Ru(bda)系列，其水氧化過電位較低，催化性能也較好。但是鑒于卟啉光敏劑的電荷分離態壽命與催化劑活化的時間不匹配，導致電子復合現象。

因此，現有技術制備的水氧化光陽極的成本高，光學性能和化學性質穩定性差，水分解效率低。磷酸基團修飾的多吡啶釕配合物是目前廣泛應用的光敏劑，其價格昂貴，合成步驟復雜，合成50mg光敏劑約需200元，另一種亞卟啉光敏劑成本約為50mg需要40 元，但采用其組裝光陽極用于分解水的催化性能為光照2分鐘內產氧1.1納摩爾。

發明內容

本發明的目的是要解決現有制備水氧化光陽極的成本高，光學性能和化學性質穩定性差和水分解效率低的問題，而提供一種高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光陽極制備方法。

一種高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光陽極制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備SnO₂粉體：

將二水合氯化亞錫加入到去離子水中，再攪拌均勻，得到乳白色的懸濁液；再攪拌的條件下向乳白色的懸濁液中滴加質量分數為65％的濃硝酸，得到淡黃色的溶液；使用質量分數為25％～28％的氨水將淡黃色的溶液的pH值調節至7，得到白色凝膠；使用去離子水對白色凝膠離心洗滌，至白色凝膠中不含有氯離子，得到去除氯離子的白色凝膠；將去除氯離子的白色凝膠放入水熱反應釜中，再在溫度為180℃～200℃下水熱反應20h～28h，再自然冷卻至室溫，得到白色固體；使用去離子水對白色固體離心洗滌3次～5次，再烘干，將烘干的白色固體進行研磨，得到白色粉末；將白色粉末置于溫度為400℃～450℃下燒結2h～3h，得到SnO₂粉體；

步驟一中所述的二水合氯化亞錫的質量與去離子水的體積比為(3g～5g):10mL；

步驟一中所述的二水合氯化亞錫的質量與質量分數為65％的濃硝酸的體積比為(3g～5g):20mL；

二、配制SnO₂漿料：