[發(fā)明專利]一種異質(zhì)結(jié)光陽極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011144710.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN113293404B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊賢強;范利亞;陳嘯;張曉;武承林;張川群;韓得滿
• 申請（專利權(quán)）人: 臺州學(xué)院;臺州市生物醫(yī)化產(chǎn)業(yè)研究院有限公司
• 主分類號: C25B11/087
• 分類號: C25B11/087;C25B11/077;C25B1/04;C25B1/55
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙琪

本發(fā)明提供了一種異質(zhì)結(jié)光陽極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于光電極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的CuWO₄/NiWO₄以WO₃、無機銅鹽和無機鎳鹽通過煅燒反應(yīng)一步生成，二者共用WO₃作為反應(yīng)的模板劑，因而CuWO₄和NiWO₄界面間不存在晶格不匹配問題，進而能夠?qū)崿F(xiàn)光生電荷的高效分離，極大提高光生載流子的分離效率和光電流密度。本發(fā)明中，CuWO₄為n型半導(dǎo)體，NiWO₄為p型半導(dǎo)體，二者能帶匹配可形成有效的pn結(jié)，促進?光生電荷在異質(zhì)結(jié)界面間的電荷分離，從而顯著提高光電流密度。且構(gòu)造的CuWO₄/NiWO₄納米異質(zhì)結(jié)能夠拓寬光吸收范圍，進一步增加光吸收效率，對改善CuWO₄的光電催化活性作用明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異質(zhì)結(jié)光陽極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽能是一種清潔無污染的能源，利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣，將為解決人類能源危機提供有效途徑。在此背景下，半導(dǎo)體光催化和光電催化技術(shù)應(yīng)運而生。半導(dǎo)體光催化技術(shù)能夠利用半導(dǎo)體吸收太陽光，產(chǎn)生光生電子和空穴，然后驅(qū)動水還原和氧化反應(yīng)。但是，由于光生電荷壽命短、復(fù)合快，該技術(shù)難以實現(xiàn)全解水，產(chǎn)氫的同時往往伴隨著犧牲劑的消耗。而半導(dǎo)體光電催化技術(shù)可以在少量外加偏壓協(xié)助下實現(xiàn)光生載流子的分離，從而有效避免犧牲劑的使用，比光催化技術(shù)更具應(yīng)用前景，而半導(dǎo)體光電極材料的開發(fā)是實現(xiàn)光電催化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

CuWO₄是一種n型半導(dǎo)體，在光電催化水分解領(lǐng)域作為光陽極材料使用。CuWO₄帶隙窄，能夠吸收較多的可見光，并且其價帶電位較正，在熱力學(xué)上能夠驅(qū)動水氧化。此外，CuWO₄光陽極在中性或弱堿性具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性，這有助于其在光電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。CuWO₄光電極的最大理論光電流最高可達10.7mA/cm²，太陽能的理論光電產(chǎn)氫率可達13％。然而，在實際應(yīng)用中CuWO₄光陽極的水氧化能力不理想，可歸結(jié)于該材料的電子-空穴的分離效率低和水氧化動力學(xué)慢。因此，人們致力于研究通過對CuWO₄進行改性，使其光電催化性能得到提高。通過兩種半導(dǎo)體組合構(gòu)建異質(zhì)結(jié)是促進半導(dǎo)體界面電荷轉(zhuǎn)移的有效途徑，但是兩個半導(dǎo)體界面的質(zhì)量對光生載流子的分離影響很大,并非兩種半導(dǎo)體組合就一定能提高半導(dǎo)體光電催化的活性，簡單的將兩種半導(dǎo)體組合，二者界面之間可能存在空隙、缺陷或者晶格不匹配狀況，反倒抑制了載流子的分離，最終限制了光電催化水分解的活性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種異質(zhì)結(jié)光陽極材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明制得的異質(zhì)結(jié)光陽極材料界面晶格匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)光生電荷的高效分離，極大提高光生載流子的分離效率和光電流密度。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種異質(zhì)結(jié)光陽極材料的制備方法，包括以下步驟；

在FTO玻璃表面生長WO₃薄膜；

將無機銅鹽、無機鎳鹽和乙酸混合，得到金屬混合液；

將所述金屬混合液滴涂于所述WO₃薄膜后煅燒，得到所述異質(zhì)結(jié)光陽極材料。

優(yōu)選地，所述無機銅鹽中的銅元素和無機鎳鹽中鎳元素的摩爾比為10:1～1:1。

優(yōu)選地，所述無機銅鹽為硝酸銅、氯化銅或硫酸銅。

優(yōu)選地，所述無機鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳。

優(yōu)選地，面積為1×1.5cm²的所述WO₃薄膜上滴涂的金屬混合液的體積為100～200μL。