[发明专利]Bi2S3量子点敏化TiO2薄膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种量子点敏化TiO₂薄膜电极的制备方法。

背景技术

TiO₂薄膜电极禁带较宽(Eg＝3.2eV)，只能在紫外区(λ≤380nm)显示光化学活性，所以对太阳能的利用小于10％。为了提高TiO₂薄膜电极光电效率，常采用贵金属表面沉积、半导体偶合和金属离子掺杂等修饰方法对其进行改性。其中，半导体偶合是提高TiO₂薄膜电极光电转化效率的有效手段之一。当半导体晶粒尺约10nm时，称作量子点。半导体量子点结构对其中的载流子(如电子、空穴和激子)有较强的三维量子限制作用，控制量子点的几何形状和尺寸可改变其电子态结构，实现量子点器件的电学和光学性质的“剪裁”，是目前“能带工程”，设计的一个重要组成部分。随着半导体量子点制备技术的发展，利用半导体量子点敏化TiO₂电极已成为国内外光电极材料研究的新热点。可用于敏化TiO₂光电极的量子点主要是CdS、PbS和Bi₂S₃等窄带隙半导体，其中Bi₂S₃是最具潜力的敏化半导体，通过控制其尺寸的分布和有效调节导带可实现全敏化。目前，很少有报道将Bi₂S₃应用于TiO₂电极，国外报道一种Bi₂S₃自组装敏化TiO₂电极的方法，但该法的主要问题是制备过程中应用了H₂S气体，对人体有毒害且容易爆炸，不适合推广。

发明内容

本发明为了解决现有技术在制备Bi₂S₃量子点敏化TiO₂薄膜电极的过程中使用H₂S气体，对人体有毒害且容易爆炸的问题，而提供一种Bi₂S₃量子点敏化TiO₂薄膜电极的制备方法。

Bi₂S₃量子点敏化TiO₂薄膜电极的制备方法按以下步骤实现：一、采用溶胶凝胶法制得多孔TiO₂薄膜电极；二、将步骤一得到的多孔TiO₂薄膜电极浸入含有1～10g琉基乙酸的乙醇溶液中10～60min；三、再浸入Bi(NO₃)₃溶液中1～10min，取出后用蒸馏水冲洗，然后再浸入Na₂S溶液中1～10min，取出后再用蒸馏水冲洗；四、重复步骤三5次，即得Bi₂S₃量子点敏化TiO₂薄膜电极；其中步骤二中琉基乙酸的乙醇溶液中琉基乙酸与乙醇的体积比为1∶10～70；步骤三中的Bi(NO₃)₃溶液由1～20g Bi(NO₃)₃·5H₂O与10～100ml硝酸溶液配制而成，硝酸溶液中硝酸与水的体积比为1∶2～50；步骤三中Na₂S溶液为1.5～15gNa₂S·9H₂O与10～100ml蒸馏水配制而成；步骤一中溶胶凝胶法制得多孔TiO₂薄膜电极的方法按以下步骤实现：将2.84～8.52g钛酸异丙脂与0.6～1.8g醋酸混合，然后将混合液滴加到15～45ml蒸馏水中，再加入0.2～0.6ml硝酸，70～90℃温度下搅拌1～3h，然后在220～230℃下进行水热处理10～15h，离心，用无水乙醇洗涤沉淀2～5次，向沉淀中加入2.25～6.75g质量浓度为10％的乙基纤维素的乙醇溶液和3.25～9.75g松油醇后，进行超声分散得到均匀的TiO₂胶体，将其涂敷在FTO导电玻璃基底上，室温下晾干，然后在马弗炉400～500℃下烧结10～50min，得到多孔TiO₂薄膜电极。