[發明專利]一種少層GeTe納米片@TiO2

有效

• 申請號: 201910259410.0
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109999846B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 呂斌;周子文;曾升;葉志鎮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 梁群蘭

本發明公開了一種少層GeTe納米片@TiO₂納米棒復合光陽極的制備方法，主要包括以下步驟：第一步）球磨法制備GeTe粉末；第二步）將GeTe粉末分散在乙醇、異丙醇（IPA）等溶液中，并在超聲儀中超聲；第三步）將上述超聲分散的分散液在不同轉速的離心機中離心，最終收集清洗產物，冷凍干燥后得到少層GeTe納米片產物。第四步）利用水熱法在FTO上生長TiO2納米棒。第五步）利用控溫滴涂工藝在FTO上生長的TiO₂納米棒上面滴涂GeTe納米片分散液，隨后在惰性氣體氛圍中退火熱處理。本發明制得的光陽極光電催化性能優異，操作簡便，試劑環保，應用價值較高。

技術領域

本發明涉及光電催化領域，具體涉及一種新型復合光陽極的制備方法。

背景技術

能源問題是當前全球共同面臨的危機和重大挑戰。當前石油行業面臨巨大的不確定性，同時世界上主要能源皆為不可再生的一次能源，這種長期的資源消耗必然是不可持續的。新能源方面諸如氫能，具有較高的熱值和能量利用率，同時又是可循環利用的清潔能源，應用潛力巨大。直接將太陽能轉化為可存儲和可運輸的化學燃料仍然是可持續能源研究領域的一個具有挑戰性的問題。特別是光（電）催化水分解已經成為一種頗有前途的技術，其允許將太陽光能直接轉換成化學燃料如氫。光電催化技術是結合光催化技術與電化學工藝的高效催化技術，它既有較好的循環利用優勢，無粉末回收考慮，同時通過在光電陽極，光電陰極和電解液通路中引入外電壓，能較好促進光生載流子的分離和傳輸，得到較高催化效率。

二氧化鈦，作為廣泛研究的光催化材料，具有含量廣泛，化學穩定性良好等優點。TiO2納米棒具有一維納米結構所具備的較高比表面積，較多催化反應活性位點。但是由于二氧化鈦的禁帶寬度較大，主要吸收紫外波段，這使得二氧化鈦的太陽能利用率較低，同時其載流子復合嚴重，致使催化材料的轉換效率較低。為了擴展二氧化鈦的吸收波段，可以采用與較窄帶隙半導體材料復合的方法，增大其光波吸收的范圍和光利用效率。

碲化鍺，是一種理論計算可以高效產氫的新型二維材料，其導帶底和價帶頂位置決定其可以有效分解水產氫。碲化鍺在低溫下為菱形層狀結構，由于只需要克服較小的解理能0.63J/m2.，因此其體相材料容易被剝離到少層甚至是單層GeTe。理論計算表明GeTe的禁帶寬度約為2.25eV，單層禁帶寬度約為2.35eV，可以有效吸收可見光波段催化分解水。其特殊二維層狀結構以及合適的禁帶寬度有潛力使其可低成本制備光陽極。

發明內容

針對上述現有技術的問題，本發明的目的在于提出一種可見光下具有高效光催化活性的復合光陽極。

本發明的技術方案如下。

本發明提供了一種少層GeTe納米片@TiO₂納米棒復合光陽極，所述少層GeTe納米片@TiO2納米棒復合光陽極由TiO₂納米棒均勻排列在襯底FTO上， TiO₂納米棒陣列支撐著花瓣狀的GeTe，結合緊密，形成少層GeTe納米片與TiO₂納米棒的復合結構；所述少層GeTe納米片的橫向尺寸約為300nm ~400nm，高度在7nm以下。

本發明通過復合碲化鍺少層納米片到FTO上生長的二氧化鈦納米棒陣列中，以碲化鍺少層納米片為助催化劑，通過在光陽極上加載適量的助催化劑以形成異質結構。首先，助催化劑的存在不僅可以有效地分離光誘導的電子-空穴對，而且還提供更多的質子還原位點，從而有助于提高光催化效率。且助催化劑少層碲化鍺納米片與FTO上生長的二氧化鈦納米棒形成異質結構，可較大提升FTO二氧化鈦光陽極的光電化學性能。再者，在FTO上生長的二氧化鈦納米棒陣列，相較其他形態，具有更好的載流子分離與遷移能力，可提供更多活性位點。

本發明還提供了上述GeTe納米片@TiO2納米棒復合光陽極的制備方法，包括如下步驟：