[发明专利]氧化钨-氧化亚铜异质结光电极材料的制备方法及其产品和应用在审

专利信息
申请号: 201811217061.8 申请日: 2018-10-18
公开(公告)号: CN109225247A 公开(公告)日: 2019-01-18
发明(设计)人: 何丹农;卢静;涂兴龙;葛美英;白仕亨;李砚瑞;金彩虹 申请(专利权)人: 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
主分类号: B01J23/888 分类号: B01J23/888;B01J35/02
代理公司: 上海东亚专利商标代理有限公司 31208 代理人: 董梅
地址: 201109 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 氧化钨 氧化亚铜 光电极材料 异质结 制备 应用 光电化学性能 氧化亚铜薄膜 有效降低能耗 溶液酸碱度 磁控反应 工作气体 化学试剂 可重复性 用水热法 原位生长 制备工艺 光电流 两步法 溅射 铜靶 异质 氧气 生长 生产
【说明书】:

发明涉及一种氧化钨‑氧化亚铜异质结光电极材料的制备方法及其产品和应用,采用两步法制备了氧化钨/氧化亚铜异质,通过控制反应时间、溶液酸碱度及温度等,用水热法在FTO上原位生长了氧化钨;后采用磁控反应技术,通过控制工作气体中氧气含量比例用铜靶溅射反应在氧化钨上生长一定厚度的氧化亚铜薄膜,即可获得具有优异光电流密度的氧化钨/氧化亚铜异质结光电极材料。该技术方案能够极大降低化学试剂的应用,可有效降低能耗;光电化学性能优异的,且制备工艺简单易控,可重复性强,易于实现大规模批量生产。

技术领域

本发明属于纳米光电材料及能源领域,涉及一种氧化钨-氧化亚铜异质结光电极材料的制备方法及其产品和应用,光电化学性能优异。

背景技术

在能源及环境问题日益严重的今天,基于光解水制氢技术的光电化学电池能够利用太阳能将水分解为氢气的光催化技术,实现光能转变为氢能,对新能源的获得具有重要意义。其核心在于获得高效光催化剂材料。实际研究证实:理想的高校光催化材料应满足如下特征:宽吸收光谱、高载流子迁移率、长载流子寿命、高化学稳定性以及绿色环保等。因此,诸多金属氧化物半导体材料如氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化钨等作为光催化用于提高光解水效率。其中氧化钨因光化学稳定性好、可见光吸收率高、电子传输能力强等特点,在光阳极材料研究中备受关注,不少研究人员通过制备不同纳米结构的氧化钨的提高其光电化学性能。

2014年,王等设计并用微波水热法制备了一种三维分解组装的六角纳米花氧化钨阵列,并研究了其光电性能,证实:六角纳米花氧化钨的催化效率较块状氧化钨具有明显提高,光电流密度达0.8 mA/cm2。(Photoelectrochemical water oxidation onphotoanodes fabricated with hexagonal nanoflower and nanoblock WO3,Nanoscale, 2014,6, 2061-2066)其他如纳米片、纳米棒等也被研究。但氧化钨作为光阳极材料,仍具有如下问题:产生在载流子在界面转移缓慢、复合率高等。参照光催化中的Z方案,用氧化钨与窄禁带半导体构建异质结能够有效解决上述问题。

张等构建了氧化钨/硫化镉异质结,虽然有效提高了氢气产生效率,却面临硫化镉不够稳定及环保的弊端。(Highly Efficient CdS/WO3 Photocatalysts: Z-SchemePhotocatalytic Mechanism for Their Enhanced Photocatalytic H2 Evolution underVisible Light. American Chemical Society Catalysis, 2014, 4: 3724-3729)刘等则采用水热法和电化学沉积法构建的氧化钨(纳米棒)/氧化亚铜(颗粒)异质结在稳定性和效率上则继续有提升。(Highly efficient photocatalyst based on all oxides WO3/Cu2Oheterojunction for photoelectrochemical water splitting, Applied Catalysis B:Environmental, 2017, 201,84-91)

但采用电化学沉积氧化亚时,会加入多种化学试剂,容易对原位生长的氧化钨薄膜造成影响,且大规模制备过程中难以控制相关参数,参比电极昂贵、耗能极多等都对其进一步应用造成了限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种氧化钨-氧化亚铜异质结光电极材料的制备方法。分两步制备氧化钨/氧化亚铜异质结的方法,采用水热法,在FTO上原位生成氧化钨后;通过磁控反应溅射在氧化钨上沉积一定厚度的氧化亚铜薄膜,从而构建异质结,将氧化钨/氧化亚铜异质结整体作为光电极材料时光电流密度最高可达1.5 mA/cm2

本发明的再一目的在于:提供一种上述方法制备的氧化钨-氧化亚铜异质结光电极材料产品。

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