[发明专利]一种原位制备Ag2O/Ag/TiO2空心球Z-scheme型光电极的方法

说明书

本发明属于功能材料领域，提供了一种原位制备Ag₂O/Ag/TiO₂空心球Z‑scheme型光电极的方法。具体步骤包括：合成SiO₂微球作为模板，制备SiO₂@TiO₂微球，制备纳米Ag掺杂TiO₂空心球，制备纳米Ag掺杂TiO₂空心球修饰ITO电极，得到纳米Ag₂O/Ag/TiO₂光电极。本发明以二氧化硅微球作为模板，通过离子交换和原位还原银离子，实现纳米银掺杂无定型二氧化钛，再经氧化从而实现Ag₂O/Ag/TiO₂光电极的简便制备。制得的光电极重现性好、耐腐蚀，是兼有贵金属纳米银plasmonic效应的Ag₂O/Ag/TiO₂空心球的Z‑scheme型光电极。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种原位制备Ag₂O/Ag/TiO₂空心球Z-scheme型光电极的方法。

背景技术

纳米TiO₂半导体常常被用于光电极体系的构建，其具有原料来源广泛、价格低廉、耐酸碱、制备方法简单且成熟等特点，但是由于其仅仅能吸收紫外区的光，太阳光谱中紫外光仅约占5％左右，其它波段的光谱得不到有效利用，且单一的TiO₂半导体用于光电极的制备存在载流子对易复合的特点。因此，为了拓展对可见光乃至近红外光的有效吸收，科学家们采用金属离子、非金属离子掺杂半导体，异质结、多质结半导体，纳米贵金属plasmonic效应敏化半导体等方法调控对可见光乃至近红外光的吸收、促进载流子对的分离，从而提高光电极的信号。然而对于金属离子、非金属离子掺杂半导体而言，由于晶格匹配问题，往往掺杂离子的种类和浓度都比较有限。对于异质结、多质结半导体而言，只有带隙匹配的才可以敏化光电流，这就局限了异质结、多质结的种类。对于纳米贵金属plasmonic效应敏化半导体而言，目前大多数工作是基于单独合成纳米贵金属如金、银和半导体，然后通过DNA或抗原、抗体结合实现两者耦合。这样的结合方式使得纳米贵金属和半导体之间保持了一定的距离，导致纳米贵金属plasmonic效应大大减低。针对目前光电极体系的构建存在的缺陷，本专利采用二氧化硅微球模板法，结合Ag₂O，Ag，TiO₂三者之间的费米能级匹配关系，首次构建了Ag₂O/Ag/TiO₂空心球Z-scheme型光电极的新方法。该光电极中的纳米银具有两个作用：(1)电子调节剂的作用，能够使Ag₂O和TiO₂不匹配的半导体能带关系实现电子对有效分离，从而提高光电流；(2)可以提供热电子注入二氧化钛，促进二氧化钛光电子对的分离，从而提高光电转化效率。本申请基于氮氧化物在酸性体系下的强氧化性，通过其氧化纳米银掺杂无定型二氧化钛空心球，生成Ag₂O/Ag/TiO₂空心球，用其修饰ITO电极，从而得到Ag₂O/Ag/TiO₂光电极。该方法具有原位制备、简单、易操作、成本低、重现性好等特点。然而到目前为止，还未见有基于该策略构建光电极的报道，该方法仍是目前技术层面上的空白。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种原位制备Ag₂O/Ag/TiO₂空心球Z-scheme型光电极的方法。本发明以二氧化硅微球作为模板，可控制备单分散、尺寸均一的二氧化钛空心球；通过离子交换和原位还原银离子，实现纳米银掺杂无定型二氧化钛，再经氧化从而实现Ag₂O/Ag/TiO₂光电极的简便制备；拓展半导体异质结构建光电极的种类，使能带不匹配的能带关系通过纳米银实现载流子对的有效分离；构建兼有贵金属纳米银plasmonic效应的Ag₂O/Ag/TiO₂空心球的Z-scheme型光电极的新方法。