[發明專利]一種提升水分解性能的集成薄膜光電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202011399732.4
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112663083A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 肖靜冉;詹國武
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: C25B11/051
• 分類號: C25B11/051;C25B11/077;C25B11/087;C25B1/04;C25B1/55
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;秦彥蘇

本發明公開了一種提升水分解性能的集成薄膜光電極及其制備方法，即將反光材料(反光銅片、反光銀片或鏡片)與光電極集成。反光材料的作用是對未被光電極吸收的光子進行反射而形成二次吸收，集成后的電極光吸收效率和光電性能有所提升，對未來工業方面具有很高的應用價值。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及光電極。

背景技術

氧化鐵、釩酸鉍、鉍酸銅等半導體光電極具有禁帶寬度窄，導帶價帶位置適中、廉價無毒等優點，在光電催化水分解領域有很高的利用前景。但是，常規光電極的導電性有限、光電電荷分離效率低，少數載流子傳輸距離短，導致其光電流密度低。一些報道中采用較薄厚度的電極材料，企圖降低少數載流子傳輸距離，可以有效提升電荷分離效率。但是，減小電極膜厚使光吸收效率降低，大量的光子透過電極而不被利用，所以電極的總光電流密度仍然有限。因此，提升薄膜電極光吸收效率是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于降低現有技術的制造成本，提供了一種提升水分解性能的集成薄膜光電極及其制備方法。通過將反光材料與光電極集成，利用反光材料對未被光電極吸收的光子進行反射而形成二次吸收，集成后的電極光吸收效率和光電性能有所提升。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之一是：

一種提升水分解性能的集成薄膜光電極，所述集成薄膜光電極包括光電極與反光材料，所述光電極包括導電基底與覆蓋于導電基底上的薄膜光電極材料層；所述反光材料與所述薄膜光電極材料層分別位于導電基底的兩側。

一實施例中，所述光電極可為氧化鐵電極、釩酸鉍電極或鉍酸銅電極的任何一種。

一實施例中，所述光電極中，薄膜光電極材料層的厚度為20～600nm。

一實施例中，所述反光材料(或稱反射材料、光反射材料)為反光銅片、反光銀片或者鏡片的任何一種。可以選用商業化的銅片、銀片或鏡片。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之二是：

一種提升水分解性能的集成薄膜光電極的制備方法，將反光材料與制備的光電極進行集成，且使所述反光材料與所述光電極的薄膜光電極材料層分別位于所述光電極的導電基底的兩側。

具體地，所述集成方法包括：將反光材料與光電極直接貼合，或者將反光材料與光電極的非光電催化反應區域粘合。保證光電反應區域的反光材料具有強反光性即可。可以選用等面積的反光材料與光電極進行集成。

具體地，所述光電極通過水熱法或旋涂法制備。

其中，所述光電極為氧化鐵電極時，所述氧化鐵電極的制備方法為水熱法，包括：通過水熱反應在導電基底上生成β-FeOOH，得到β-FeOOH電極；將β-FeOOH電極浸沒于鈦酸丁酯的乙醇溶液中，取出后干燥，得到β-FeOOH:Ti電極；將β-FeOOH:Ti電極在空氣中進行高溫焙燒處理，得到氧化鐵電極。

具體地，將Fe³⁺可溶性鹽的水溶液與無機鹽混合，得到混合溶液；調節混合溶液的pH至1.2～1.6，將導電基底浸入混合溶液中，通過水熱反應制備得到β-FeOOH電極；其中，水熱反應的溫度為80～120℃，時間60～180min。

所述Fe³⁺可溶性鹽包括三氯化鐵或硝酸鐵中的至少一種，所述Fe³⁺可溶性鹽在Fe³⁺可溶性鹽的水溶液中的濃度為20～200mM。

所述無機鹽包括硝酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉或丁酸鈉中的至少一種，所述無機鹽在混合溶液中的濃度為0.01～2M。

所述鈦酸丁酯的乙醇溶液中鈦酸丁酯的體積濃度為0.1～5％，浸沒時間為1～200s。