[發(fā)明專利]一種背照式光電陽(yáng)極及其制備方法和用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810074259.9
• 申請(qǐng)日: 2018-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN108301016A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭北斗;艾莎·巴圖;宮建茹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C25B11/06
• 分類號(hào): C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種背照式光電陽(yáng)極及其制備方法和用途。所述光電陽(yáng)極包括襯底、覆蓋在襯底一側(cè)的活化后的過(guò)渡金屬膜、覆蓋在活化后的過(guò)渡金屬膜上的過(guò)渡金屬催化劑層以及與襯底連接的第一電極。所述光電陽(yáng)極的制備方法包括以下步驟：(1)在襯底的一側(cè)制備過(guò)渡金屬膜；(2)將步驟所述過(guò)渡金屬膜活化，得到活化后的過(guò)渡金屬膜；(3)在步驟(2)所述活化后的過(guò)渡金屬膜上制備過(guò)渡金屬催化劑層；(4)在襯底上制備第一電極，得到所述光電陽(yáng)極。所述光電陽(yáng)極用于光電化學(xué)分解水。本發(fā)明提供的光電陽(yáng)極達(dá)到了顯著降低光電化學(xué)電極的起始電位，提高光電流密度的技術(shù)效果；且其制備方法符合工業(yè)化生產(chǎn)要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于清潔能源領(lǐng)域，涉及一種背照式光電陽(yáng)極及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

隨著能源短缺及環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，發(fā)展清潔能源成為一種勢(shì)在必行的解決這些問(wèn)題的手段。光電化學(xué)分解水是產(chǎn)生清潔能源的一種途徑：它利用太陽(yáng)能輔助分解水，可以減少光電化學(xué)分解水過(guò)程中的能源消耗。硅基等半導(dǎo)體是很好的吸收光能的材料，然而其在堿性電解質(zhì)中不穩(wěn)定的缺點(diǎn)限制了其在光電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)此人們進(jìn)行了大量的研究，但是絕大多數(shù)方案在原料和流程上并不符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求

CN107324441A公開了一種鎳鐵羥基氧化物修飾釩酸鉍光電陽(yáng)極及其制備方法，先在導(dǎo)電玻璃表面沉積碘氧化鉍，然后在沉積有碘氧化鉍的表面涂覆乙酰丙酮氧釩的二甲基亞砜溶液，經(jīng)退火、堿浸泡和水清洗除去多余五氧化二釩，然后干燥，得到釩酸鉍光電陽(yáng)極，再在三電極體系中采用循環(huán)伏安法在釩酸鉍光電陽(yáng)極表面修飾鎳鐵羥基氧化物，即得。該方案步驟繁瑣，原料昂貴，雖然能提高半導(dǎo)體光電陽(yáng)極的太陽(yáng)能光氫轉(zhuǎn)換效率，但是并不符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

因此，開發(fā)一種既具有更好的光電催化性能，同時(shí)符合工業(yè)化生產(chǎn)要求的光電陽(yáng)極對(duì)于本領(lǐng)域有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種背照式光電陽(yáng)極及其制備方法和用途。本發(fā)明提供的光電陽(yáng)極為復(fù)合光電陽(yáng)極，其生產(chǎn)工藝符合工業(yè)化生產(chǎn)要求，且光電化學(xué)性能優(yōu)異。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種光電陽(yáng)極，所述光電陽(yáng)極包括襯底、覆蓋在襯底一側(cè)的活化后的過(guò)渡金屬膜、覆蓋在活化后的過(guò)渡金屬膜上的過(guò)渡金屬催化劑層以及與襯底連接的第一電極。

本發(fā)明提供的光電陽(yáng)極為背照式光電陽(yáng)極，即可以從作為光電化學(xué)反應(yīng)催化劑的過(guò)渡金屬催化劑層的背面進(jìn)行光照射，而無(wú)需從正對(duì)著過(guò)渡金屬催化劑層的方向進(jìn)行照射。背照式的優(yōu)點(diǎn)在于可以將催化劑和活化后的過(guò)渡金屬膜做的比較厚而不用考慮它們產(chǎn)生的折光對(duì)光電陽(yáng)極的性能產(chǎn)生影響。

本發(fā)明中，第一電極與襯底不一定要直接接觸，可以通過(guò)導(dǎo)電漿料或者焊錫連接第一電極和襯底。

本發(fā)明提供的光電陽(yáng)極中，襯底具有很好地吸收光能的能力，活化后的過(guò)渡金屬膜表面會(huì)產(chǎn)生過(guò)渡金屬氧化物，從而與過(guò)渡金屬催化劑層通過(guò)共價(jià)結(jié)合，有更好的結(jié)合力，例如Ni膜表面會(huì)產(chǎn)生的NiO_x(包括NiOOH和Ni(OH)₂等物質(zhì))，就具有很好地結(jié)合力；過(guò)渡金屬催化劑層具有較強(qiáng)的催化能力，從而降低光電催化反應(yīng)的過(guò)電勢(shì)(例如水氧化的過(guò)電勢(shì))。襯底、活化后的過(guò)渡金屬膜和過(guò)渡金屬催化劑層相互配合，將它們各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合了起來(lái)，通過(guò)第一電極作為光電催化的工作電極，既可以保護(hù)硅不被電解質(zhì)腐蝕，又可以提高光電催化性能。相比于未經(jīng)活化的過(guò)渡金屬膜，本發(fā)明使用的活化后的過(guò)渡金屬膜表面產(chǎn)生過(guò)渡金屬氧化物，具有比不活化的金屬膜更好的連接過(guò)渡金屬催化劑層的能力。以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò)以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述襯底為陽(yáng)極裸露的光伏電池。使用光伏電池作為襯底，其n⁺發(fā)射極一側(cè)光照能產(chǎn)生光伏效應(yīng)，并且很符合工業(yè)化生產(chǎn)要求。