[发明专利]一种图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法

说明书

本发明属于太阳能光催化领域，具体为一种图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法。以光刻技术为手段在导电基体上进行图形化设计，利用各种成膜方法在光刻显影去除光刻胶的图形区域内沉积n(或p)型半导体作为微区光阳极(或光阴极)。然后去除图形以外未显影的光刻胶，利用电化学方法在相应区域内沉积p(或n)型半导体作为微区光阴极(或光阳极)。n型半导体光阳极受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，p型半导体光阴极受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而n型半导体中光电子则通过导电基体与p型半导体中光生空穴复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解。

技术领域

本发明属于太阳能光催化领域，具体为一种图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法。

背景技术

光电化学水分解制氢电池是太阳能转化和存储的有效途径之一。构筑高效的光电化学水分解全电池是实现水在太阳光照下自发全分解的关键，全电池包括n型半导体光阳极和p型半导体光阴极。其基本原理类似于Z型电荷转移机制，高能量的光生电子和空穴分别迁移至光阴极和光阳极表面，诱导水的分解反应，而低能量的光生电子和空穴直接在外电路复合。在光生电荷输运分离过程中，集流体中收集到的光生电荷可重新回到光电极中发生复合，因此缩短光生电荷在集流体中的输运距离可有效抑制复合实现高效分离，进而获得高效光催化分解水系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，利用光刻技术将光阳极和光阴极集成串联在导电集流体上，缩短光生电荷在两电极间的分离输运距离以提高分离效率，以获得高效光催化分解水系统。

本发明的技术方案是：

一种图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，以光刻技术为手段在导电基体上进行图形化设计，利用各种成膜方法在光刻显影去除光刻胶的图形区域内沉积 n或p型半导体作为微区光阳极或光阴极；然后去除图形以外未显影的光刻胶，利用电化学方法在相应区域内沉积p或n型半导体作为微区光阴极或光阳极；n型半导体光阳极受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，p型半导体光阴极受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而n型半导体中光电子则通过导电基体与p型半导体中光生空穴复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，光刻技术为有机光刻或无机光刻技术。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，n型半导体为各种多子为电子的半导体材料。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，n型半导体材料为TiO₂、WO₃、BiVO₄、Fe₂O₃、Ta₃N₅、TaON之一或两种以上的复合材料。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，p型半导体为各种多子为空穴的半导体材料。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，p型半导体材料为Cu₂O、GaP、WSe₂、InP之一或两种以上的复合材料。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，成膜方法为各种湿化学沉积方法、物理沉积方法或气相沉积方法，其中：湿化学沉积方法为电化学沉积、溶胶旋涂法、浸渍提拉法或水热法，物理沉积方法为物理气相沉积或磁控溅射，气相沉积方法为原子层沉积或化学气相沉积。

所述的图形化集成式高效光催化分解水系统的构筑方法，光刻胶去除方法为化学溶解法或高温烧结法。