[發明專利]一種Sr摻雜BaTiO3

有效

• 申請號: 202010102738.4
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111304671B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 熊賢強;張曉;王勇;武承林;李江山;李天丁;付帥
• 申請（專利權）人: 臺州學院
• 主分類號: C25B1/55
• 分類號: C25B1/55;C25B1/23;C25B3/26;C25B3/21;C25B11/091;B01J27/057;B01J23/02;B01J35/06
• 代理公司: 藍天知識產權代理(浙江)有限公司 33229
• 代理人: 張洪敏

本發明涉及一種Sr摻雜BaTiO₃/ZnTe光陰極材料的制備方法，屬于光電催化技術領域。所述的Sr摻雜BaTiO₃/ZnTe光催化劑由Sr摻雜BaTiO₃納米纖維核和片狀ZnTe殼組成。其中，Sr摻雜BaTiO₃是一種鐵電材料，通過靜電紡絲技術合成。ZnTe作為光吸收體，由水熱法制備。通過外加電場極化鐵電材料，能夠誘導ZnTe光生電荷的選擇性分離，增強光生電子在催化劑/溶液界面的聚集，有效提升了ZnTe的光電催化CO₂還原活性。本發明所述材料制作成本低，對CO₂還原具有較高的活性，在光電催化領域具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于光電催化技術領域，具體涉及一種Sr摻雜BaTiO₃/ZnTe光陰極材料的制備方法，可以實現ZnTe光生載流子的定向分離，并加速界面CO₂還原反應的活性。

背景技術

能源危機和溫室效應是人類目前急需解決的關鍵科學難題，以太陽能驅動的CO₂還原為解決這些問題提供了一個理想的途徑，該反應綠色、環保，條件溫和，吸引了多國政府和科研人員的目光。光電催化反應技術整合光催化和電催化技術的優勢,從而實現對CO₂還原更高的效率和更理想的選擇性。目前，光電催化CO₂還原的效率依然很低，太陽能到化學能的轉化效率遠低于工業應用所需的10％效率，根本原因在于載流子復合嚴重，界面反應動力學緩慢。為了推進光電催化CO₂還原技術的實際應用，關鍵是開發高效載流子分離的光陰極材料。

ZnTe是一種可見光響應的p型半導體(2.26eV)，其導帶邊電勢(-1.63V vs.NHE)遠負于其它半導體，能克服CO₂還原的熱力學勢壘，是目前光(電)催化CO₂還原的理想材料。但是，單一ZnTe光電極材料依然無法高效分離光生載流子，大部分載流子在界面反應發生之前復合損失。構建半導體納米異質結是分離光生載流子的通用途徑，但該方法往往需要兩個半導體之間的能帶匹配，且兩相界面需有利于載流子傳輸。這樣，很大地限制了半導體材料的選擇。因此，目前缺乏一種普適的方法來促進半導體光生電荷的分離。

近年來的研究結果表明，鐵電材料具有自發極化，且能夠隨外電場反轉，已被廣泛應用于新型太陽能電池、光電探測器和光電存儲器等領域。BaTiO₃是一種典型的鈣鈦礦型鐵電材料，其居里溫度大約為120℃，介電常數在室溫下高達幾千，具有良好的鐵電性能。對于一個對稱性的晶胞而言，由于正負電荷中心相互重合，則晶體無法自發極化。為了提高鐵電晶體的極化特性，通過摻雜改變原子的位移，可以使晶胞結構發生畸變，正負電荷中心將難以重合，從而產生自發極化。本發明中，申請人采用靜電紡絲技術制備Sr摻雜BaTiO₃，改變BaTiO₃的晶胞結構，提高BaTiO₃的極化能力，從而在ZnTe表面引入表面極化電場，促進BaTiO₃/ZnTe 界面電荷分離，達到選擇性分離ZnTe載流子的目的，為高效光陰極材料的開發提供了一個普適的方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種Sr摻雜BaTiO₃/ZnTe光陰極材料的制備方法。其目的在于利用Sr摻雜BaTiO₃的極化電場來促進ZnTe光電極材料載流子的高效分離，從而提高ZnTe材料光電催化CO₂還原的活性。本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明提供一種Sr摻雜BaTiO₃/ZnTe光陰極材料的制備方法,所述方法由以下步驟組成：

1)以乙酸鋇、乙酸鍶和鈦酸四丁酯為原料，溶解于乙酸、乙醇和水的混合溶液中，加入質量分數為10-30％的聚乙烯吡咯烷酮，攪拌24h，得到紡絲溶液；