[发明专利]一种共修饰铋酸铜纳米棒光电阴极制备方法

说明书

本发明公开了一种共修饰铋酸铜纳米棒光电阴极制备方法,包括以下步骤：(1)运用丰富廉价的铋源，铜源，在碱性条件水热合成CuBi₂O₄纳米棒；(2)采用离子交替物理吸附法,把银离子负载在CuBi₂O₄纳米棒上；(3)以FTO导电玻璃为基底,采用滴涂法形成CuBi₂O₄/Ag膜，CVD法退火处理；(4)采用粒子转移技术将材料剥离转移到第二块FTO玻璃，超声处理。然后物理吸附氮掺杂碳量子点制备氮掺杂碳量子点和银共修饰CuBi₂O₄纳米棒光电阴极。通过本发明方法制备得到的光电阴极在可见光照射下,表现出良好的光电催化活性和可见光响应特性,稳定性得到提升,可以有效应用于光电催化水分解产氢领域。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳量子点和银共修饰CuBi₂O₄纳米棒光电阴极制备方法。

背景技术

环境污染和能源危机已成为人类发展的必然威胁，目前迫切需要寻找绿色和可持续的替代能源。自1972年本田和藤岛发现二氧化钛(TiO₂)光电极在光电化学电池(PEC)中产氢以来，水通过分解可以作为氢生成源的用途使其成为能量可持续的焦点材料，特别是光PEC水分解能够有效地将太阳能转化为可持续的绿色能源-氢气，已被公认为解决环境污染和危机的有效途径。尽管如此，TiO₂的宽能隙(3.2eV)使其仅能吸收紫外线，约占大约1.4％的太阳能，导致光利用率低。因此，开发具有有效可见光活性的窄带隙半导体材料至关重要。

元素丰富的金属氧化物p型半导体CuBi₂O₄由于其独特的性质被认为是一种有效的水分解应用材料，例如足够窄的直接带隙(1.8eV)，很正的起始电位和低成本。假设所有的能量被100％效率吸收利用，AM1.5照射下的最大理论光电流密度可达到19.7-29.0mA/cm²。遗憾的是，CuBi₂O₄的电荷载流子传输和反应动力学不良导致的光电转换效率较差及其与电解质溶液接触时的自光电腐蚀不稳定，限制了其在PEC水分解中的应用和竞争力。

改善CuBi₂O₄光电极使其具有最佳的太阳能-化学能转换效率，可以通过纳米结构设计、选择性元素掺杂、与某些半导体形成异质结或负载助催化剂来实现，这些策略的实施有助于光生电子快速分离和输送到表面以进行质子还原，因此可以改善电解质溶液中CuBi₂O₄的光转换效率。但是，这些结果无法与其理论值进行比较。如何以简单且廉价的方式获得具有更高光电转换效率和光电稳定性的CuBi₂O₄光电阴极仍然是一个挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种共修饰铋酸铜纳米棒光电阴极制备方法，氮掺杂碳量子点和纳米银共掺杂可有效地抑制电子和空穴表面复合并改善反应动力学，与裸CuBi₂O₄光电极相比，PEC性能得到了很大的提升。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种共修饰铋酸铜纳米棒光电阴极制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将2.42g Bi(NO₃)₃·5H₂O、0.6g Cu(NO₃)₃·5H₂O和0.87g NaOH依次加入到40mL去离子水中，搅拌3小时溶解得到溶液；