[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211072728.6
• 申請(qǐng)日: 2022-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115418668A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪毅;馬明;李蔣;崔傳藝;寧德;李偉民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C25B11/091
• 分類(lèi)號(hào): C25B11/091;C25B11/052;C25B1/04;C25B1/55;C03C17/34;C03C17/25
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;黃進(jìn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極及其制備方法，所述鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極包括導(dǎo)電基底以及生長(zhǎng)在導(dǎo)電基底上的二氧化鈦納米棒陣列，所述二氧化鈦納米棒陣列上修飾有非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片，形成鈦同源異質(zhì)結(jié)，所述制備方法包括：在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)二氧化鈦納米棒陣列；將二氧化鈦納米棒陣列高溫退火處理；用非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片懸濁液對(duì)得到的二氧化鈦納米棒陣列進(jìn)行表面修飾，使二氧化鈦納米棒陣列形成鈦同源異質(zhì)結(jié)，得到基于二氧化鈦的納米異質(zhì)結(jié)；將基于二氧化鈦的納米異質(zhì)結(jié)高溫退火，獲得鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極。本發(fā)明提供的制備方法，通過(guò)構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，解決了二氧化鈦光陽(yáng)極水分解能力低的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極及其制備方法。

背景技術(shù)

氫能作為解決化石燃料帶來(lái)的環(huán)境和污染問(wèn)題最有前景的清潔能源受到了廣泛關(guān)注，而在各種制氫方法中，光電化學(xué)水分解被認(rèn)為是一種優(yōu)良的制氫技術(shù)。光電分解水制氫在不同的催化劑的作用下性能會(huì)有所不同，所以要得到高純度高效率的氫能源就需要高效的光電催化劑材料。其中二氧化鈦由于成本低、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)穩(wěn)定性良好，是一種具有前景的光電催化劑。但其較寬的禁帶寬度、較差的捕光能力和較慢的表面水氧化動(dòng)力學(xué)使其難以到達(dá)理論的性能峰值，前已有多種策略來(lái)改善二氧化鈦的光電催化性能，如元素?fù)诫s、晶面修飾、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建等。

FTO玻璃具有高的物理與化學(xué)穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性以及多種優(yōu)良的電化學(xué)性能。而納米棒陣列結(jié)構(gòu)具有高比表面積，可以在電解水中提供更多的活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更加高效的催化轉(zhuǎn)化過(guò)程。但由于所制備的二氧化鈦材料本身在催化效率及表面反應(yīng)活性上仍存在一定的不足，制備形成的光陽(yáng)極電荷傳輸轉(zhuǎn)移能力不夠強(qiáng)，因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻娓男允蛊浔砻娈a(chǎn)生更多的活性位點(diǎn)同時(shí)提高其表面電荷傳輸轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高二氧化鈦催化全分解水效率。

在多種材料表面改性手段中，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)從而改善其電化學(xué)性質(zhì)是十分高效、便捷的處理方法，同樣也是提高二氧化鈦催化性能的有效策略。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極及其制備方法，以解決現(xiàn)有的二氧化鈦光陽(yáng)極水分解能力低的問(wèn)題。

為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明首先提供了一種鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極，所述鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極包括導(dǎo)電基底以及生長(zhǎng)在導(dǎo)電基底上的二氧化鈦納米棒陣列，所述二氧化鈦納米棒陣列上修飾有非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片，所述二氧化鈦納米棒陣列與所述非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片形成鈦同源異質(zhì)結(jié)。

優(yōu)選地，所述非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片為氮摻雜二氧化鈦納米片。

本發(fā)明還提供了一種如上述所述的鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1、在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)二氧化鈦納米棒陣列；

S2、將步驟S1中得到的二氧化鈦納米棒陣列進(jìn)行高溫退火處理；

S3、使用非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片制備非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片懸濁液；

S4、使用非金屬摻雜相的二氧化鈦納米片懸濁液對(duì)步驟S2中得到的二氧化鈦納米棒陣列進(jìn)行表面修飾，使二氧化鈦納米棒陣列形成鈦同源異質(zhì)結(jié)，得到基于二氧化鈦的納米異質(zhì)結(jié)；

S5、將基于二氧化鈦的納米異質(zhì)結(jié)進(jìn)行高溫退火處理，獲得鈦同源半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光陽(yáng)極。

優(yōu)選地，所述步驟S1中在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)二氧化鈦納米棒陣列包括：將導(dǎo)電基底置于超聲處理后的異丙氧鈦(IV)和稀鹽酸的混合溶液中，高溫處理含有導(dǎo)電基底的異丙氧鈦(IV)和稀鹽酸的混合溶液，以在導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)二氧化鈦納米棒陣列。

優(yōu)選地，所述異丙氧鈦(IV)與所述稀鹽酸的體積比為1:50～80。

優(yōu)選地，所述稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％～19％。