[发明专利]光化学电极、其建造及用途

说明书

技术领域

本发明涉及产生光化学电流的电极、方法和系统。本发明也涉及制备所述电极的方法。

背景技术

结合半导体纳米颗粒(NPs)的电极可以在光电化学太阳能电池设备[1-3]、光子系统[4-6]和光电系统[7]中应用。为在表面上以2D和3D阵列(arrays)组织半导体NPs[8-9]，实施不同的方法，方法包括：功能化的颗粒共价结合至表面[10-11]、通过静电相互作用[12-14]或者包括选择性地结合至NPs的适当官能团的分子桥(molecular bridge)NPs[15]的逐层沉积，以及通过互补超分子的相互作用的NPs的聚集[16-17]。另外，涉及功能化的半导体NPs在电极上的电聚合的方法[18]以及通过生物分子功能化的NPs的互补相互作用(例如，互补的核酸)NPs桥连至电极上被用于在电极上装配半导体NPs。

增强结合半导体纳米颗粒(NPs)的电极的光电能量转换率的一种方法是通过提高NPs的导带和/或价带能级中的电子空穴对的电荷分离率。迄今，报道不同的方法，使用由NP-NP[20-24]、NP-碳纳米管[25-26]、NP-聚合物[27-31]或者NP-分子中继混合系统(molecular relay hybrid systems)[32-36](例如，与C₆₀单元连接的半导体-金属混合NPs)组成的混合纳米结构。促进电荷分离和增加结合NP的电极的光电流产生的另外的方法包括使用半导体复合材料(例如，CdSe/TiO₂[37]、CdS/SnO₂[38]或者芯-壳NPs[39])，以及通过具有电荷的低聚体单元(诸如苯胺低聚物)交联NP单层至电极上。

先前已证明[40]，通过苯胺低聚物桥连单元连接CdS NPs至电极，与通过烷基链同CdS NPs相连的电极比较，增加产生的光电流的强度。但是，因为CdS NPs本质上是不导电的，只有这种NPs的单层能够与电极表面相连以获得光电流。

因此，本发明的一个目的是提供电极，该电极具有与包括多种半导体和贵金属NPs的三维基体相连的导电表面，该电极通过可电聚合的连接体(桥连)基团连接(在基体中和基体至表面NPs彼此相连)，其中所述连接基团通过能够在连接的纳米颗粒之间以及纳米颗粒与所述表面之间传递电子是电活性的。

参考文献：

1.A.Hagfeldt，M.Graetzel，Chem.Rev.1995，95，49.

2.P.V.Kamat，Chem.Rev.1993，120，7847.

3.P.V.Kamat，J.Phys.Chem.C 2007，111，2834.

4.N.D.Kumar，M.P.Joshi，C.S.Friend，P.N.Prasad，Appl.Phys.Lett.1997，71，1388.

5.V.L.Colvin，M.C.Schlamp，A.P.Alivisatos，Nature 1994，370，354.

6.B.O.Dabbousi，M.G.Bawendi，O.Onitsuka，M.F.Rubner，Appl.Phys.Lett.1995，66，1316.

7.T.Cassagneau，T.E.Mallouk，J.H.Fendler，J.Am.Chem.Soc.1998，120，7847.

8.A.N.Shipway，E.Katz，I.Willner，Chem Phys Chem 2000，1，18.

9.A.N.Shipway，I.Willner，Chem.Com.2001，2035.

10.M.D.Musick，C.D.Keating，M.H.Keffe，M.J.Natan，Chem.Mater.1997，9，1499.

11.M.Brust，D.Bethell，C.J.Kiely，D.J.Schiffrin，Langmuir 1998，14，5425.

12.R.Blonder，L.Sheeney-Haj-Ichia，I.Willner，Chem.Com.1998，1393.

13.M.Lahav，R.Gabai，A.N.Shipway，I.Willner，Chem.Com.1999，1937.

14.A.N.Shipway，M.Lahav，R.Blonder，1.Willner，Chem.Mater.1999，11，13.