[發(fā)明專利]氮摻雜碳點(diǎn)修飾三氧化鎢復(fù)合光電極及其制備方法、和在光電催化分解水中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711417939.8
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108103525B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔維倩;張曉凡;周燕南;劉會利;張守仁;楊保成
• 申請（專利權(quán)）人: 黃河科技學(xué)院
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時(shí)立新

本發(fā)明公開了一種三氧化鎢復(fù)合光電極及其制備方法，包括以下步驟：先在導(dǎo)電玻璃上生成三氧化鎢薄膜，得到基片，再將基片經(jīng)水熱、退火處理制得三氧化鎢納米片光電極，然后制備氮摻雜碳點(diǎn)溶液，在三氧化鎢納米片光電極上采用浸漬組裝法修飾氮摻雜碳點(diǎn)；本發(fā)明還公開了該復(fù)合光電極在光電催化分解水中的應(yīng)用。本發(fā)明制得的NCDs/WO₃光電極的導(dǎo)電性和光生載流子的轉(zhuǎn)移效率得到改善，有效地提高復(fù)合光電極的導(dǎo)電性，也可以降低三氧化鎢表面電荷復(fù)合嚴(yán)重的問題，從而提高三氧化鎢的光電催化效率，最終提高了該復(fù)合光電極光電催化分解水的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮摻雜碳點(diǎn)修飾三氧化鎢復(fù)合光電極及其制備方法、和在光電催化分解水中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，如何開發(fā)并且利用可再生的清潔能源越來越引起人們的關(guān)注。自然界中太陽能儲備量極大且無污染，是一種理想的可再生資源。自從1972年由Fujishima報(bào)道了TiO₂光電極可以利用太陽能制氫提供清潔的、綠色的能源[A.Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38]，利用納米結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物半導(dǎo)體材料（如TiO₂，F(xiàn)e₂O₃，WO₃）通過光電化學(xué)（PEC）催化分解水生成氫氣和氧氣的這種方法被認(rèn)為是一種有前途的環(huán)保路線。

金屬半導(dǎo)體氧化物三氧化鎢（WO₃）作為一種光陽極材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光電催化分解水反應(yīng)中。WO₃屬于n型間接帶隙半導(dǎo)體，其禁帶寬度為2.5~2.8 eV且價(jià)帶電位比較高（3.0 eV vs. RHE）。此外，與其它金屬半導(dǎo)體材料相比，WO₃具有一些獨(dú)特的光電化學(xué)性質(zhì)。例如，WO₃可以吸收近12%的太陽能光譜吸收，其空穴擴(kuò)散長度約為150 nmWO₃有較高的電子遷移效率（12 cm² V^-1 s^-1）。同時(shí)，WO₃也是一種低成本、無毒、環(huán)境友好的半導(dǎo)體材料。基于這些優(yōu)異的性質(zhì)，WO₃在光降解、太陽能驅(qū)動光電化學(xué)等領(lǐng)域引起人們廣泛的研究。盡管如此，WO₃仍然受限于其空穴動力學(xué)緩慢，在半導(dǎo)體/電解質(zhì)界面處電荷轉(zhuǎn)移較慢且電子-空穴快速復(fù)合，因此，WO₃光電極的PEC性質(zhì)仍然遠(yuǎn)低于其理論值（~5 mA cm^-2）。如何進(jìn)一步提高WO₃對光利用率并提高電子空穴分離效率成為人們研究的熱點(diǎn)問題。研究表明，通過元素?fù)诫s、選擇性摻雜半導(dǎo)體[T. Zhang, Z. L. Zhu, H. N. Chen, et al., Nanoscale,2015, 7, 2933-2940.]、構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)[P. M. Rao, L. Cai, C. Liu, et al., NanoLett. 2014, 14, 1099-1105.]及碳基材料修飾[W. N. Shi, X. F. Zhang, J. Brillet,et al., Carbon, 2016, 105, 387-393]等方法可以提高電子轉(zhuǎn)移效率，減小電子-空穴的復(fù)合從而提高WO₃的光電催化效率。