[發明專利]一種環保型鋅銀銦硒量子點敏化的摻雜光陽極及其制備方法與光電化學電池

有效

• 申請號: 202110731699.9
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113436890B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 童鑫;龍治行;王志明;劉程;王瑞
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種環保型鋅銀銦硒量子點敏化的摻雜光陽極及其制備方法與光電化學電池，該方法包括以下步驟：(1)制備二氧化鈦阻擋層；(2)制備氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦復合光陽極；(3)合成環保型鋅銀銦硒量子點；(4)制備量子點敏化光陽極；(5)光陽極表面鈍化。通過本發明提供的制備方法，將環保型鋅銀銦硒量子點用于敏化光陽極，可以顯著提高其對光的吸收范圍。并且在二氧化鈦電極中摻雜氧化石墨烯，可以提升電子在電極中傳遞的速率，同時抑制了光生電子與空穴在電極中的復合，顯著提高了光電化學電池的性能，使其在一個標準模擬太陽光照射下，飽和光電流密度高達6.5mA/cm²。

技術領域

本發明屬于光化學電池技術領域，具體涉及到一種環保型鋅銀銦硒量子點敏化的摻雜光陽極及其制備方法與光電化學電池。

背景技術

光電化學電池是指利用半導體-液體結制成的電池，它能直接利用光能并將其轉化為清潔可再生氫能源，緩解能源危機。通常光電化學電池由具備光活性的光電極、電解液以及外電路組成，其結構簡單，相比于先光伏發電再電解水制氫技術具備更低的器件成本。其中，半導體二氧化鈦由于穩定性好、能帶位置合適，常被用作光電化學電池的陽極材料。然而，二氧化鈦較大的帶隙(～3.2eV)導致其只能利用太陽光中紫外光的部分，嚴重影響了光能到氫能的轉化效率，通過引入具有寬吸收光譜范圍的量子點來敏化二氧化鈦光陽極能極好的克服該問題。另外，量子點敏化的光電化學電池制氫技術目前不能大規模投入實際應用還限制在以下幾個方面：第一，傳統量子點敏化的摻雜光陽極材料含有鉛、鎘等有毒金屬元素，從環保和商業化的角度上不利于該技術的發展；第二，現已研究的環保型光電極材料的活性以及穩定性偏低；第三，光電極材料對太陽光的吸收范圍有限，還不能有效利用近紅外光部分；第四，傳統光電極由二氧化鈦納米顆粒堆疊成，光生電子在二氧化鈦界面傳遞時容易與空穴復合，最終導致光電化學轉換效率降低。

發明內容

本發明的目的是提供一種環保型鋅銀銦硒量子點敏化的摻雜光陽極及其制備方法與光電化學電池，可以解決現有技術中量子點光電化學電池高毒性、吸收光譜范圍窄、低活性的一系列問題。

為達上述目的，本發明提供了一種環保型鋅銀銦硒量子點敏化的摻雜光陽極的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備二氧化鈦阻擋層

清洗基底并吹干，將鈦-納米氧化物溶液旋涂在基底上，隨后煅燒，制得二氧化鈦阻擋層；

(2)制備氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦光陽極

取氧化石墨烯的乙醇分散液、二氧化鈦漿料以及分散劑混合超聲，并于真空條件下抽干至原混合物體積的1/5，得漿料；將漿料涂覆于步驟(1)制得的二氧化鈦阻擋層上，經過成型-定型-加熱-保溫后制得氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦光陽極；

(3)合成環保型鋅銀銦硒量子點

將醋酸鋅、硝酸銀和醋酸銦和共溶于混合有機溶劑中，得反應液，然后將硒的前驅體溶液加入反應液中，加熱并保溫至量子點完全生長，得到鋅銀銦硒量子點溶液；

(4)制備量子點敏化光陽極

向鋅銀銦硒量子點溶液與有機溶劑混合，震蕩離心取上清液，再將乙醇加入上清液中，離心得沉淀，并將沉淀溶于甲苯中得沉積液；以氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦陽極和沉積液構建電泳裝置進行電泳沉積，得到環保型鋅銀銦硒量子點敏化的氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦光陽極；

(5)光陽極表面鈍化

將步驟(4)制得的光陽極相繼置于鋅源和硫源中浸泡45-75s，隨后涮洗并吹干，依次重復浸泡、涮洗、吹干步驟1-2次即可。

進一步地，基底為FTO導電玻璃，清洗包括分別將基底置于丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗20-40min，并用氮氣吹干。