[发明专利]一种高氧化性卟啉敏化SnO2仿生光阳极制备方法

说明书

一种高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光阳极制备方法，它涉及一种光阳极的制备方法。本发明的目的是要解决现有制备水氧化光阳极的成本高，光学性能和化学性质稳定性差和水分解效率低的问题。方法：一、制备SnO₂粉体；二、配制SnO₂浆料；三、制备SnO₂光阳极；四、制备光敏剂敏化后的光阳极；五、制备经光敏剂与催化剂共敏化的光阳极；六、先浸渍到ZrCl₄的乙醇水溶液，再浸渍到电子传输介质中，得到高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光阳极。本发明适用于制备高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光阳极。

技术领域

本发明涉及一种光阳极的制备方法。

背景技术

能源作为人类社会发展的基石，其开发和利用的方式一直是全社会关注的焦点。而如今随着人类社会的高速发展，以化石能源作为主要能源所产生的环境问题驱使人们去寻找一种更绿色环保的可持续能源。氢能以其清洁以及高能量密度的特点进入科学家们的视野，通过模拟光合作用利用太阳能来分解水产生氢气可以持续不断的提供这一清洁能源。

模拟光合作用分解水制氢的研究进程中，水氧化反应成了制约因素，因此构建分子水氧化器件，提高水氧化效率成为当前的研究热潮。水氧化光阳极主要包括光敏剂、催化剂和光阳极半导体材料三部分，其中光敏剂的研究多以钌基多吡啶化合物为主，但是其吸光范围有限，不能充分利用可见光区，相比之下，具有共轭结构的卟啉，与PSII中的叶绿素结构相似，有较强的S-band和Q-band吸收，可以提升可见光的利用率，并且可以通过调节官能团的结构改变氧化电位，还可以通过羧基或其他基团直接吸附在半导体纳米粒子表面。当前的催化剂多以钌基催化剂为主，尤其是Ru(bda)系列，其水氧化过电位较低，催化性能也较好。但是鉴于卟啉光敏剂的电荷分离态寿命与催化剂活化的时间不匹配，导致电子复合现象。

因此，现有技术制备的水氧化光阳极的成本高，光学性能和化学性质稳定性差，水分解效率低。磷酸基团修饰的多吡啶钌配合物是目前广泛应用的光敏剂，其价格昂贵，合成步骤复杂，合成50mg光敏剂约需200元，另一种亚卟啉光敏剂成本约为50mg需要40 元，但采用其组装光阳极用于分解水的催化性能为光照2分钟内产氧1.1纳摩尔。

发明内容

本发明的目的是要解决现有制备水氧化光阳极的成本高，光学性能和化学性质稳定性差和水分解效率低的问题，而提供一种高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光阳极制备方法。

一种高氧化性卟啉敏化SnO₂仿生光阳极制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、制备SnO₂粉体：

将二水合氯化亚锡加入到去离子水中，再搅拌均匀，得到乳白色的悬浊液；再搅拌的条件下向乳白色的悬浊液中滴加质量分数为65％的浓硝酸，得到淡黄色的溶液；使用质量分数为25％～28％的氨水将淡黄色的溶液的pH值调节至7，得到白色凝胶；使用去离子水对白色凝胶离心洗涤，至白色凝胶中不含有氯离子，得到去除氯离子的白色凝胶；将去除氯离子的白色凝胶放入水热反应釜中，再在温度为180℃～200℃下水热反应20h～28h，再自然冷却至室温，得到白色固体；使用去离子水对白色固体离心洗涤3次～5次，再烘干，将烘干的白色固体进行研磨，得到白色粉末；将白色粉末置于温度为400℃～450℃下烧结2h～3h，得到SnO₂粉体；

步骤一中所述的二水合氯化亚锡的质量与去离子水的体积比为(3g～5g):10mL；

步骤一中所述的二水合氯化亚锡的质量与质量分数为65％的浓硝酸的体积比为(3g～5g):20mL；

二、配制SnO₂浆料：