[發(fā)明專利]光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011554330.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112795937B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳旭;徐文;史志鋒;李新建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B1/55;C25B11/091;B22F9/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京專贏專利代理有限公司 11797
• 代理人: 于剛

本發(fā)明適用于光電技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和電極，該復(fù)合材料包括Ti₃C₂?MXene納米片以及原位生長(zhǎng)在所述Ti₃C₂?MXene納米片上的金納米棒。本發(fā)明通過(guò)在二維Ti₃C₂原位生長(zhǎng)金納米棒，形成具有肖特基結(jié)的復(fù)合材料，不但能提高Ti₃C₂的載流子遷移率，還能拓展吸收光譜，實(shí)現(xiàn)紫外?可見(jiàn)?近紅外的寬吸收譜；利用該復(fù)合材料制備的光電化學(xué)水分解電極能夠?qū)崿F(xiàn)全譜帶的光電響應(yīng)，其光電轉(zhuǎn)換效率及產(chǎn)氫率均良好，而且該電極制作方法簡(jiǎn)單，具有很好的工作穩(wěn)定性，顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和電極。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尋找清潔、可持續(xù)能源一直是減少化石燃料過(guò)度消耗和減輕環(huán)境問(wèn)題的重要戰(zhàn)略需求。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的可再生能源，為地球上的所有生命提供動(dòng)力，被認(rèn)為是最具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的能源。自1972年以來(lái)，科學(xué)家直接利用光電化學(xué)（PEC）和光催化水分解將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫和氧，這兩種方法被認(rèn)為可再生能源研究中最有應(yīng)用前景的。目前用于光電化學(xué)轉(zhuǎn)換的大多數(shù)電極是半導(dǎo)體，其帶隙一般與太陽(yáng)能的紫外線（UV）和可見(jiàn)光（Vis）輻射相匹配。然而50％的太陽(yáng)光譜是位于近紅外（NIR）區(qū)域，很難被吸收，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能不能夠被有效的利用。因此，亟需一種有效的具有寬譜帶光電化學(xué)轉(zhuǎn)換的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的水分解反應(yīng)。

近年來(lái)，MXenes是一種由過(guò)渡金屬和C和/或N元素組成的新型石墨烯狀二維（2D）材料，在光子學(xué)，光伏和柔性電子等領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。其中，Ti₃C₂在紫外到近紅外范圍具有寬帶吸收，還具有大的比表面積和豐富的表面親水性官能團(tuán)（-OH和-O），使其容易與其他納米材料復(fù)合。其次，暴露的末端Ti原子具有強(qiáng)的氧化還原特性，并且還可以縮短PEC表面電荷轉(zhuǎn)移的距離。第三，豐富的化學(xué)性質(zhì)和表面性能使Ti₃C₂具有可調(diào)的功函數(shù)和良好的導(dǎo)電性。最后，Ti₃C₂具有非常小的氫吸附的自由能（|ΔG_H*|= 0.00283eV），使其具有顯著的光催化制氫活性。然而，盡管Ti₃C₂納米顆粒的吸收范圍可以擴(kuò)展到NIR區(qū)域，但是基于Ti₃C₂的器件只能被紫外線（UV）或太陽(yáng)光的可見(jiàn)光激發(fā)。而且，Ti₃C₂的總光吸收強(qiáng)度仍然很低，這限制了基于Ti₃C₂的高活性催化劑的量子效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料，旨在解決背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料，其包括Ti₃C₂-MXene納米片以及原位生長(zhǎng)在所述Ti₃C₂-MXene納米片上的金納米棒。

其中，金納米棒的表面等離子體共振位置隨著長(zhǎng)徑比從650 nm-1100 nm是連續(xù)可調(diào)的，二維Ti₃C₂-MXene納米片是單層的結(jié)構(gòu)；此外，金納米棒在二維Ti₃C₂-MXene納米片上生長(zhǎng)的濃度是可調(diào)的。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種上述的光電化學(xué)水分解用的復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

將十六烷基三甲基溴化銨、HAuCl₄和Ti₃C₂-MXene納米片配制成溶液，并添加NaBH₄進(jìn)行混合攪拌，得到種子溶液；