[發明專利]一種單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極及制備方法

有效

• 申請號: 202011398889.5
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112458493B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 董玉明;張煜霞;王光麗;李激;顧丹;張萍波;冷炎;朱永法;蔣平平
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/55;C25B1/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明公開了一種單寧酸?鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極及制備方法，屬于材料科學技術和化學領域。本發明所述的制備單寧酸?鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極的方法包括如下步驟：通過水熱合成法將NiO薄膜沉積到FTO導電玻璃上、通過空氣熱氧化法制備CuO/NiO電極、采用光化學方法制備NixP/CuO/NiO電極、將NixP/CuO/NiO電極浸入CoCl2溶液10?20min后取出，洗滌；再浸入單寧酸溶液中，調節pH為9?10，反應0.5?1.5h；反應結束后洗滌、干燥，得到單寧酸?鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極。本發明所述的單寧酸?鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極的產氫效率高，可以達到1.77μmol/h以上；穩定性良好，在測試長達8000s時，該電極的光電流密度僅比初始值略有下降。

技術領域

本發明涉及一種單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極及制備方法，屬于材料科學技術和化學領域。

背景技術

在全球環境污染、能源危機日益嚴重的大背景下，開發新型可持續能源成為各國關心的熱點。其中氫氣因其來源豐富、燃燒值高效、燃燒產物清潔無污染等優點，被認為是最理想的能源。而分解水制氫是有可能實現大規模生產氫氣的重要方法之一。構建串聯光電極系統，利用太陽能全解水，將太陽能轉換為存儲于氫能源中的化學能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價、便捷的方法，開發廉價高效的光催化劑是光催化分解水制氫的關鍵。

以鉑為代表的貴金屬催化劑是眾所周知的有效和穩定的光催化和電催化劑，但昂貴的價格和低的豐度限制了其大規模商業應用。因此，開發高活性，豐度高和穩定性好的非貴金屬催化劑是特別必要的。而在傳統串聯光電極系統的光電陽極通常選用鉑。同在過去的幾年中，許多研究已經表明過渡金屬單質及其化合物(硫化物、磷化物、氫氧化物等)可作為高效的助催化劑用于光解水制氫。因此，我們提出開發豐度高，活性好的光電陽極，輔以助催化劑提升性能。過渡金屬基助催化劑制的備方法主要有以下幾種：溶劑熱法、煅燒法、浸漬法等。相比于上述傳統的方法，光化學法具有更加簡便、溫和、高效等優點，可以在不破壞原有電極的基礎上增加電極活性。

光電化學分解水產氫技術結合了電催化與光催化技術的優勢，是目前最有希望實現工業化的制氫技術之一。但是由于現有的電極材料尤其是光電陰極材料存在著高電流密度與穩定性無法兼顧，催化效率低等問題。因此，開發建高效穩定的光電陰極成為一項亟待解決的挑戰。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明提供了一種單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極及制備方法。本發明集成NiO空穴傳導層與NixP助催化劑的雙重作用，并引入單寧酸-鈷絡合物構建致密保護層，解決了CuO電極的穩定性這一關鍵性問題。

本發明的第一個目的是提供一種制備單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極的方法，包括如下步驟：

(1)CuO/NiO電極的制備：

將Cu納米顆粒溶于乙醇中形成混合溶液，取混合溶液旋凃于NiO電極上，旋涂1-7次；將旋凃后的電極經過煅燒，得到CuO/NiO電極；

(2)NixP/CuO/NiO電極的制備：

將硝酸鎳、次磷酸鈉和水混合均勻，得到混合溶液；將步驟(1)得到的CuO/NiO電極固定在反應容器內部，之后將混合溶液加入反應容器，氮氣脫氣；脫氣完成之后，光照2-8min，得到NixP/CuO/NiO電極；

(3)單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極的制備：

將步驟(2)制備的NixP/CuO/NiO電極浸入CoCl₂溶液10-20min后取出，洗滌；再浸入單寧酸溶液中，調節pH為9-10，反應0.5-1.5h；反應結束后洗滌、干燥，得到單寧酸-鈷絡合物修飾的NixP/CuO/NiO光電陰極。