[发明专利]通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电化学电池电极的制备方法，尤其涉及一种通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法。

背景技术

氢能，是一种最好的无污染的绿色能源，因为氢气燃烧的产物是水，不会对环境有任何污染。现在高效常见的制氢方式主要是电解水，但是这却需要额外的能量，限制了其发展。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然资源，每年照到地球表面的太阳能相当于全世界能源消耗总量的10000倍和全世界化石能源总量的1/10，因此利用太阳能光解水制氢是利用太阳能的最好方法之一。而现在通过半导体材料的光催化作用，以及组装光电化学电池等手段为利用太阳光来分解水产生氢气提供了新的可能途径。

自从1972年日本的Fujishima和Honda发现TiO₂能在紫外光照射下能够分解水的论文发表以来，大量不同的研究大都致力于通过提高光吸收和改善载流子传输这两个主要方面来提高光解水的效率，而制备不同半导体材料及其纳米结构设计是可以实现这两种需求的重要手段。

就提高光吸收方面，可进行的手段有主要有：(1)带隙修饰。通过本征掺杂或非本征掺杂，改变材料的带隙结构，使之光谱吸收边红移，达到吸收更多太阳光的目的；(2)染料敏化或量子点敏化。用作染料敏化或量子点敏化的材料本身能吸收额外的太阳光，因而增加了单一材料的光吸收。

就改善载流子传输方面，可进行的手段有：(1)构建异质结。异质结可以利用其内建电场抑制电子空穴对的复合，加速载流子的分离；(2)共催化剂修饰。共催化剂可以加速电子或空穴与电解液中的反应物反应；(3)等离子效应。等离子材料不仅可以产生多余的热电子，还可以产生局部电磁场，加速电子空穴分离。

当然还有其他手段可以提高关吸收和改善载流子传输能力。简言之，利用半导体材料制备的电极来利用太阳能分解水制氢是很有前景和可行的方法。相信通过众多科研工作者的努力，在突破光解水效率低等缺点后，太阳能分解水制氢必将是未来一向重要的造福地球的产业。

有鉴于上述的内容，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种制备简单，能够提高光解水效率的通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法。

本发明提出的一种通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法，该异质结光电极由氧化铁(α-Fe₂O₃)与铁酸锌(ZnFe₂O₄)两种材料复合而成，用于分解水制备氢气，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)合成α-Fe₂O₃纳米棒阵列；

步骤(1.1)α-Fe₂O₃纳米棒通多水热法合成，将导电基底分别在酒精，丙酮和去离子水里各超声清洗15分钟；

步骤(1.2)配制由六水合三氯化铁，尿素和氟化铵均匀混合的水溶液；

步骤(1.3)量取10mL该水溶液放置于20mL体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，把清洗好的导电基底导电面朝下，以一定角度置于该高压釜内衬中，然后将高压釜加热到120℃，并在该温度下反应6小时，反应结束后，待冷却到室温后，取出样品；

步骤(1.4)把样品分别在去离子水和酒精里洗刷，然后在空气中于80℃烘干2小时，最后在在马弗炉中于550℃烧结2小时，紧接着于750℃中烧结15分钟，得到所需的α-Fe₂O₃纳米棒阵列样品；

步骤(2)制备α-Fe₂O₃和ZnFe₂O₄复合样品(α-Fe₂O₃/ZnFe₂O₄)；