[发明专利]基于MoS2和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极、使用该电极的两电极或三电极体系体系以及该电极的其他应用。

背景技术

通过分解水获得的氢能或碳氢化合物可以作为人类所使用的能源，而采用太阳能分解水来获得这些能源是一条理想的解决途径。从热力学和动力学的角度分析，直接光分解水存在较大阻碍，使这一过程难以在实践中实现，而成为了全球科研人员攻克的重点。电化学催化剂或光电化学催化剂的介入会大大降低光分解水的动力学阻碍，贵金属催化剂，其中最具代表性的就是Pt，因其高导电性、低析氢过电位和高稳定性等优点，成为了应用于分解水的热点催化剂。但规模化商业运行，催化剂的高用量就必须解决成本问题，所以贵金属的成本成为了限制其商业化进程的根本因素。寻找合适的替代催化剂是多年来科学界一直努力研究的方向。过渡金属硫化物MoS₂，对于贵金属而言，就是一种廉价的、储量丰富的材料，但MoS₂曾被认为不适合于作为析氢材料，因为块状结构的MoS₂电析氢效率低。但随着科技的进步，尤其是纳米制备技术的高速发展，这一理论面临着巨大的挑战与变革。因此，进一步提高MoS₂析氢性能是利用光电化学产氢的基础。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极；本发明的目的之二在于提供含有上述电极的电极体系；本发明的目的之三在于提供MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极的应用；本发明的目的之四在于提供上述电极体系的应用。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

1、基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极，包括导电基底和复合在导电基底上的硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列表面复合有Ag纳米颗粒团簇和MoS₂纳米颗粒团簇，所述Ag纳米颗粒团簇位于硅纳米线阵列和MoS₂纳米颗粒团簇之间。

特别的，所述硅纳米线阵列中单个硅纳米线的直径为200-600纳米，长度为5-10微米， 各纳米线的线间距为0.8-1.2微米。此时的硅纳米线阵列表面积大、间隙小，可以形成光陷阱，提高光线吸收效率高，本发明纳米线直径长度适宜，缩短了光生电荷的传送时间，提高光电转化效率，且可以为修饰改性提供有效的顶端负载平台。特别的，所述MoS₂纳米颗粒团簇的粒径为200-500纳米，其总表面积相当于硅纳米线阵列表面积的40％-50％。此时的MoS₂纳米颗粒团簇能够保持光生电荷有效传输到固液界面，同时为氢离子的还原提供的更多的反应活性位点，且不影响基底的吸光。特别的，所述Ag纳米颗粒的粒径为10-50nm，其表面积为硅纳米线阵列表面积的5％-10％。此时Ag纳米颗粒可以均匀的分散在硅纳米线顶端表面、自身欧姆电阻值适当且可以和MoS₂形成良好结合。特别的，所述导电基底为铜片，所述纳米线阵列通过导电银胶与铜基片垂直粘合，所述铜基片外还包覆有环氧树脂封闭绝缘层。

进一步，所述硅纳米线阵列采用两步金属辅助催化无电刻蚀法制备，所述MoS₂纳米颗粒团簇采用热分解技术复合于Ag纳米颗粒团簇修饰的硅纳米线阵列表面。

2、使用所述基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极的两电极或三电极体系。

进一步，所述基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极为工作电极，铂片为对电极。

3、MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极在光电化学产氢中的应用。

4、使用所述基于MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极的两电极或三电极体系在光电化学产氢中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明公开了MoS₂和Ag修饰硅纳米线阵列光电化学析氢电极，提高了能量转换效率，并且不需要使用价格昂贵，储量低的Pt元素，降低了生产成本，将其构建成三电极体系后能够广泛应用于工业分解水获取氢能。