[發明專利]氫氣還原的薄層碳化鈦負載光電解水用氧化亞銅光陰極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910071253.0
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109706478B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 劉冀鍇;付星晨;羅和安
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B1/04
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開了氫氣還原的薄層碳化鈦負載光電解水用氧化亞銅光陰極材料及其制備方法。本發明以導電玻璃或銅為基底制備氧化亞銅并在其表面負載氫氣還原的薄層碳化鈦，合成具有較高光電化學性能的復合光電極材料氫氣還原的薄層碳化鈦負載的氧化亞銅，即Cu₂O/H:Ti₃C₂T_x。所述電極材料包括基底、氧化亞銅和氫氣還原的薄層碳化鈦。所述氫氣還原的薄層碳化鈦負載氧化亞銅電極，能夠顯著改善電極材料的光電化學性能，可應用于太陽能光伏電池制備、光電化學傳感器構建以及光電催化水分解制氫等領域。

技術領域

本發明涉及電極材料，特別涉及氫氣還原的薄層碳化鈦負載光電解水用氧化亞銅光陰極材料及其制備方法。

背景技術

隨著工業化進程的加快和人口的急速增長，人類正面臨嚴峻的能源短缺和環境惡化的危機。太陽能作為一種新能源，具有清潔、高效、可再生等優勢，光電化學技術可以將太陽能加以合理利用，而合適的半導體材料在光電化學中發揮著重要的作用。

Cu₂O作為一種常見的p型半導體材料，因具有合適的帶隙、光響應好、價格低廉等優點在多個領域引起了廣泛的關注，但由于Cu₂O材料本身在電解液中易發生光腐蝕，穩定性差，使得其在實際中應用受到很大的限制。因此，近年來人們采取了多種方法，如表面修飾、半導體復合，來提高Cu₂O光電極的活性和穩定性。

綜上可知，研發一種成本低、方法簡單、光電化學性能較好的氧化亞銅復合光電極材料的合成方法，具有重要的科學意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供氫氣還原的薄層碳化鈦負載光電解水用氧化亞銅光陰極材料及其制備方法，具有成本低、制備簡單的優點，且所得材料還可以提高氧化亞銅光電極的光電性能。

本發明的技術方案如下：

氫氣還原的薄層碳化鈦負載光電解水用氧化亞銅光陰極材料，以導電玻璃或銅為基底制備氧化亞銅并在其表面負載氫氣還原的薄層碳化鈦，記為Cu₂O/H:Ti₃C₂T_x。

上述材料的制備方法，包括如下步驟：

(1) 將碳化鈦的前驅體置于氫氟酸中攪拌18~30 h，洗滌至中性并抽濾，真空干燥；

(2) 將步驟(1)所得物質加入到二甲基亞砜溶液中攪拌18~30 h，洗滌除去多余的二甲基亞砜，然后在氬氣的氛圍下超聲處理，經離心、干燥，得到薄層碳化鈦，即Ti₃C₂T_x；

(3) 將步驟(2)得到的薄層碳化鈦在氫氣的還原氣氛中，400~800℃下反應20~60min，得到還原的薄層碳化鈦，即H:Ti₃C₂T_x；

(4) 將堿和過硫酸銨在水中攪拌分散均勻，得到溶液，然后將銅基底置于其中，反應5~30 min，再將銅基底用去離子水和乙醇分別沖洗并干燥；

(5) 以銅基底為工作電極，鉑片為對電極，1~3 mol/L的堿溶液為電解液，在恒電流的條件下反應5~50 min，然后將銅基底用去離子水和乙醇分別沖洗并干燥；

(6) 分別將步驟(4)或/和步驟(5)所得的干燥銅基底放置于管式爐中，在氬氣氣氛，400~800℃下煅燒2~6 h，得到氧化亞銅電極；

(7) 將乳酸溶液加入到銅鹽溶液中，所得混合溶液作為電解液，調節pH為堿性，分別以FTO導電玻璃為基底，鉑片為對電極，銀/氯化銀電極為參比電極，在恒電流的條件下沉積50~300 min，然后將FTO基底用去離子水和乙醇分別沖洗并干燥，得到氧化亞銅電極；