[發明專利]一種具有可見光響應的Ag2

有效

• 申請號: 201811443311.X
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109395748B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 張倩倩;梁希壯;王朋;黃柏標;張曉陽;秦曉燕;王澤巖;鄭昭科;劉媛媛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;C25B11/04;C25B11/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 孫維傲

本發明提供一種具有可見光響應的Ag₂ZnSnS₄/Mo結構光陽極及其制備方法與應用。該方法包括以鉬網作為基底，分別以硝酸銀作為銀源、氯化亞錫作為錫源、氯化鋅作為鋅源分別將銀、錫、鋅三種金屬元素電沉積在鉬網上，然后硫化煅燒。該方法簡單、反應條件溫和、成本低和無污染等優點，具有較高的商業化應用前景。Ag₂ZnSnS₄/Mo結構光陽極的光電轉化效率非常高，可用于太陽能電池、光電催化和光催化等領域。經實驗研究發現Ag₂ZnSnS₄/Mo結構光電極在光電化學測試中光電流密度超過4mA/cm²，在主要吸光區域光電轉化效率達到25％，重要的是在組成的電解池中進行光電化學測試展示出了優異的析氫性能。

技術領域

本發明涉及新能源和光電化學技術領域，具體涉及一種具有可見光響應的Ag₂ZnSnS₄/Mo結構光陽極及其制備方法與應用。

背景技術

隨著石油，煤炭和天然氣等不可再生能源的逐漸枯竭，清潔可再生能源已成為人類追求的共同目標。因為氫氣具有高能量密度，綠色環保和可再生等優點，被認為是21世紀的新一代能源。眾所周知，光催化劑和光電極吸收太陽光產生光電子，還原水分子產生氫氣，這是未來獲得氫能的最理想方式。光電催化反應機理是指光照射與電解液接觸的半導體電極表面產生光生電子-空穴對，接著被半導體/電解液界面的電場分離，最后分別與溶液中離子進行的氧化還原反應：電子在陰極處還原氫離子產氫，同時空穴在陽極處氧化水分子產氧或者可以氧化硫離子，鎘離子等有害污染物。光電催化最有意義的是能夠把太陽能轉換為實用的化學能，如光電催化分解水制取氫氣和氧氣。更重要的是，豐富的太陽能和水是可再生資源，因此通過光電化學水分解技術將太陽能儲存在氫能中已被認為是解決全球能源短缺和環境污染問題的最有前景的策略之一。

自從Honda and Fujishima首次使用TiO₂單晶進行光電催化分解水以來，其他n型半導體如ZnO，WO₃，CdS和多組分金屬硫化物(Ag-Sn-S,AgInS₂， (Ag-In-Zn)S)等作為光陽極應用于光電催化體系中也受到了很多關注。盡管金屬氧化物光電極在電解質中顯示出良好的穩定性，但它們的光催化活性差并且僅吸收紫外光等缺點限制了其工業應用。而二元金屬硫化物(CdS， CdSe)，在催化反應中具有良好的光電性能但穩定性差和高毒性等缺點，也限制了商業應用。最近，一些研究工作表明具有較高光電活性的多組分金屬硫化物(如AgInS₂)比二元金屬硫化物更穩定。但是，銦元素地球儲量稀少且價格昂貴。因此，可以使用無毒且低成本的鋅和錫替換AgInS₂中的銦元素得到四元硫族化物Ag₂ZnSnS₄，其仍然保留了三元化合物AgInS₂的能帶結構特征和優異的光學和電學性質，并且發現其在太陽能轉換方面具有很大的潛在應用。此外，Ag₂ZnSnS₄是一種直接帶隙半導體(2.0-2.1eV)，具有良好的可見光吸收和適當的能帶位置，這使得它非常適用于光催化和光電催化分解水制氫。

然而，目前對Ag₂ZnSnS₄光催化劑的研究主要應用在粉體制氫和太陽能電池吸光層等方面，少有關于Ag₂ZnSnS₄作為光陽極在光電解池中分解水制氫的研究報道。基于此，我們對Ag₂ZnSnS₄光陽極進行了一些系統研究，發現該電極對光能的利用效率和轉換效率很高，具有很重要的理論和實際意義。綜上，我們提出了一種具有可見光響應的Ag₂ZnSnS₄/Mo結構光陽極及其制備方法和應用。

發明內容