[发明专利]一种具有可见光响应的Ag2

说明书

本发明提供一种具有可见光响应的Ag₂ZnSnS₄/Mo结构光阳极及其制备方法与应用。该方法包括以钼网作为基底，分别以硝酸银作为银源、氯化亚锡作为锡源、氯化锌作为锌源分别将银、锡、锌三种金属元素电沉积在钼网上，然后硫化煅烧。该方法简单、反应条件温和、成本低和无污染等优点，具有较高的商业化应用前景。Ag₂ZnSnS₄/Mo结构光阳极的光电转化效率非常高，可用于太阳能电池、光电催化和光催化等领域。经实验研究发现Ag₂ZnSnS₄/Mo结构光电极在光电化学测试中光电流密度超过4mA/cm²，在主要吸光区域光电转化效率达到25％，重要的是在组成的电解池中进行光电化学测试展示出了优异的析氢性能。

技术领域

本发明涉及新能源和光电化学技术领域，具体涉及一种具有可见光响应的Ag₂ZnSnS₄/Mo结构光阳极及其制备方法与应用。

背景技术

随着石油，煤炭和天然气等不可再生能源的逐渐枯竭，清洁可再生能源已成为人类追求的共同目标。因为氢气具有高能量密度，绿色环保和可再生等优点，被认为是21世纪的新一代能源。众所周知，光催化剂和光电极吸收太阳光产生光电子，还原水分子产生氢气，这是未来获得氢能的最理想方式。光电催化反应机理是指光照射与电解液接触的半导体电极表面产生光生电子-空穴对，接着被半导体/电解液界面的电场分离，最后分别与溶液中离子进行的氧化还原反应：电子在阴极处还原氢离子产氢，同时空穴在阳极处氧化水分子产氧或者可以氧化硫离子，镉离子等有害污染物。光电催化最有意义的是能够把太阳能转换为实用的化学能，如光电催化分解水制取氢气和氧气。更重要的是，丰富的太阳能和水是可再生资源，因此通过光电化学水分解技术将太阳能储存在氢能中已被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的最有前景的策略之一。

自从Honda and Fujishima首次使用TiO₂单晶进行光电催化分解水以来，其他n型半导体如ZnO，WO₃，CdS和多组分金属硫化物(Ag-Sn-S,AgInS₂， (Ag-In-Zn)S)等作为光阳极应用于光电催化体系中也受到了很多关注。尽管金属氧化物光电极在电解质中显示出良好的稳定性，但它们的光催化活性差并且仅吸收紫外光等缺点限制了其工业应用。而二元金属硫化物(CdS， CdSe)，在催化反应中具有良好的光电性能但稳定性差和高毒性等缺点，也限制了商业应用。最近，一些研究工作表明具有较高光电活性的多组分金属硫化物(如AgInS₂)比二元金属硫化物更稳定。但是，铟元素地球储量稀少且价格昂贵。因此，可以使用无毒且低成本的锌和锡替换AgInS₂中的铟元素得到四元硫族化物Ag₂ZnSnS₄，其仍然保留了三元化合物AgInS₂的能带结构特征和优异的光学和电学性质，并且发现其在太阳能转换方面具有很大的潜在应用。此外，Ag₂ZnSnS₄是一种直接带隙半导体(2.0-2.1eV)，具有良好的可见光吸收和适当的能带位置，这使得它非常适用于光催化和光电催化分解水制氢。

然而，目前对Ag₂ZnSnS₄光催化剂的研究主要应用在粉体制氢和太阳能电池吸光层等方面，少有关于Ag₂ZnSnS₄作为光阳极在光电解池中分解水制氢的研究报道。基于此，我们对Ag₂ZnSnS₄光阳极进行了一些系统研究，发现该电极对光能的利用效率和转换效率很高，具有很重要的理论和实际意义。综上，我们提出了一种具有可见光响应的Ag₂ZnSnS₄/Mo结构光阳极及其制备方法和应用。

发明内容