[發明專利]一種具有低起始電位的光陽極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011151839.7
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112391648B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 俞書宏;劉國強;陽緣
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C25B11/042
• 分類號: C25B11/042;C25B1/55;C25B1/04;B22F9/24;B22F1/054;B22F1/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種如式CdS_xSe_yTe_1?x?y所示的具有低起始電位的光陽極材料，由CdSe_1?zTe_z@CdS核殼納米線制備得到；本申請還提供了光陽極材料的制備方法。本發明提供的光陽極材料通過調節不同帶隙半導體的比例，可以精確地調節合金化半導體材料的能帶結構，進而實現對光陽極的平帶電位和光電壓的精確調控，從而使陽極光電流的起始電位負移。該發明為設計開發具有高性能的光陽極納米材料提供了一條新的途徑。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種具有低起始電位的光陽極材料及其制備方法。

背景技術

光電化學(PEC)制氫提供了一種利用太陽能直接生產清潔且可持續太陽能燃料的方法。但是，PEC制氫中陽極光電流過高的起始電位(V_onset)不利于對太陽能的有效利用。光電極的高起始電位主要受半導體的低光電壓(V_ph)和電極表面上氧化還原反應緩慢的動力學影響；這兩個因素的存在導致在實驗中觀察到的平帶電位(V_fb)和光電極的起始電位之間存在很大差值，而此差值與光陽極反應的過電位有關。因此，開發一種具有低起始電位的光陽極有利于太陽能的高效利用。

在Fujishima和Honda開創性的有關光電化學水分解的工作之后，研究人員已將許多半導體材料用于PEC催化。盡管目前許多工作致力于擴大光電極的光吸收范圍以實現更有效地太陽能利用，但是受光生載流子分離和反應效率過低以及光電壓過低的影響，諸多半導體催化劑的起始電位較高，這就限制了PEC制氫的光電流和能量轉換效率的進一步提高。

促使光陽極材料起始電位負移的有效策略可分為兩類：一類是通過負載助催化劑來降低陽極反應的過電位；另一種是通過負載其他半導體材料或使用其他調控能帶結構的方法來提高光電極的光電壓。

CdX(X＝S、Se、Te)半導體材料的帶隙范圍為1.4-2.4eV，其具有優異的光吸收能力和高吸收系數(α，10⁵cm^-1)。此外，不同的鎘基硫族化合物可以形成合金，使得鎘基硫族化合物成為非常有潛力的高效PEC催化劑。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種具有低起始電位的光陽極材料，該材料可實現對光陽極的平帶電位和光電壓的精確控制，最終提高了光電極的能量轉換效率。

有鑒于此，本申請提供了一種如式(Ⅰ)所示的具有低起始電位的光陽極材料，由CdSe_1-zTe_z@CdS核殼納米線制備得到；

CdS_xSe_yTe_1-x-y (Ⅰ)；

其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1，0＜z＜1；

所述核殼納米線中CdSe_1-zTe_z與CdS的物質的量比可以取任意值。

優選的，所述z的范圍為0.06～0.50。

本申請還提供了所述的光陽極材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將CdSe_1-zTe_z納米線分散于鎘源和硫源的溶液中，水熱反應后得到CdSe_1-zTe_z@CdS核/殼納米線；

B)將所述CdSe_1-zTe_z@CdS核/殼納米線進行高溫退火，得到CdS_xSe_yTe_1-x-y合金納米線；

其中，0＜z＜1；0＜x＜1；0＜y＜1；0＜x+y＜1；0＜z＜1；