[发明专利]带有过渡层的核壳结构量子点、制备方法和应用及光阳极、太阳能光电化学器件和应用

说明书

本发明属于半导体纳米材料及其应用技术领域，涉及一种带有过渡层的核壳结构量子点、制备方法和应用及光阳极、太阳能光电化学器件和应用。本发明的带有过渡层的核壳结构量子点的结构为核层/过渡层/壳层；其中，过渡层为yCdSe_xS_1－x，壳层为CdS，且0＜x＜1，y＞1。本发明的通过改变量子点的材料结构，调节量子点的能带结构，不但促进量子点对太阳光的响应，而且促进电子空穴对的分离，提高了光电子的产生效率。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料及其应用技术领域，涉及量子点的合成及量子点在光阳极中的应用，尤其涉及一种带有过渡层的核壳结构量子点、制备方法和应用及光阳极、太阳能光电化学器件和应用。

背景技术

随着全球经济的飞速发展和人口的快速增长，各国对化石能源的需求进一步加大；由此带来能源危机和环境污染成为目前我国和其他国家面临的严峻问题。因而，开发可再生的清洁能源是世界能源经济中具有决定性影响的技术领域。氢气的发热量高并且燃烧产物是水，不会污染环境。目前工业制备的氢气设备复杂、价格高、能耗高。太阳一小时所产生的能源可以为地球持续供给一年所需的能源。利用催化剂直接将太阳能转化成氢气得到了广泛的关注，其中利用光电化学器件直接将太阳能转化成氢气的技术以其成本低廉、制备简单成为目前的研究重点。典型的光电化学分解水制备氢气装置由光阳极和阴极构成。光阳极通常为半导体材料，受光激发可以产生电子－空穴对，分离后电子通过外电路流向阴极，与水中的氢离子在阴极表面发生反应产生氢气。目前太阳能光电化学器件的产氢率还相对较低，稳定性也不能满足工业化的要求。为提高产氢率和稳定性，研究制备具有优异光电性能的阳极半导体材料当前研究的难点和重点。

氧化物半导体材料稳定性好，但是其禁带宽度较大。例如二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能吸收波长小于387nm的光。因而，利用半导体量子点材料敏化氧化物半导体材料，以提高光阳极对太阳光的有效吸收，成为新的研究方向和研究热点。量子点是尺度较小的半导体材料(＜20nm)。利用量子点制备太阳能光电化学器件是当前的研究热点。太阳能荧光聚光器的光电转换效率主要取决于：(1)量子点对太阳光的有效吸收；由于量子点的吸收谱图不能与太阳光谱有效重合，导致量子点只能吸收部分的太阳光，从而浪费了太阳光谱中其他部分的光。(2)光激发态的电子空穴对容易复合，减少了单位时间产生的光电子的密度，从而导致光气转换效率的降低。(3)在电池工作条件下量子点容易被氧化或者被腐蚀，导致电池的寿命较短。