[发明专利]氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法。本发明以导电玻璃或铜为基底制备氧化亚铜并在其表面负载氢气还原的薄层碳化钛，合成具有较高光电化学性能的复合光电极材料氢气还原的薄层碳化钛负载的氧化亚铜，即Cu₂O/H:Ti₃C₂T_x。所述电极材料包括基底、氧化亚铜和氢气还原的薄层碳化钛。所述氢气还原的薄层碳化钛负载氧化亚铜电极，能够显著改善电极材料的光电化学性能，可应用于太阳能光伏电池制备、光电化学传感器构建以及光电催化水分解制氢等领域。

技术领域

本发明涉及电极材料，特别涉及氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化进程的加快和人口的急速增长，人类正面临严峻的能源短缺和环境恶化的危机。太阳能作为一种新能源，具有清洁、高效、可再生等优势，光电化学技术可以将太阳能加以合理利用，而合适的半导体材料在光电化学中发挥着重要的作用。

Cu₂O作为一种常见的p型半导体材料，因具有合适的带隙、光响应好、价格低廉等优点在多个领域引起了广泛的关注，但由于Cu₂O材料本身在电解液中易发生光腐蚀，稳定性差，使得其在实际中应用受到很大的限制。因此，近年来人们采取了多种方法，如表面修饰、半导体复合，来提高Cu₂O光电极的活性和稳定性。

综上可知，研发一种成本低、方法简单、光电化学性能较好的氧化亚铜复合光电极材料的合成方法，具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法，具有成本低、制备简单的优点，且所得材料还可以提高氧化亚铜光电极的光电性能。

本发明的技术方案如下：

氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料，以导电玻璃或铜为基底制备氧化亚铜并在其表面负载氢气还原的薄层碳化钛，记为Cu₂O/H:Ti₃C₂T_x。

上述材料的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将碳化钛的前驱体置于氢氟酸中搅拌18~30 h，洗涤至中性并抽滤，真空干燥；

(2) 将步骤(1)所得物质加入到二甲基亚砜溶液中搅拌18~30 h，洗涤除去多余的二甲基亚砜，然后在氩气的氛围下超声处理，经离心、干燥，得到薄层碳化钛，即Ti₃C₂T_x；

(3) 将步骤(2)得到的薄层碳化钛在氢气的还原气氛中，400~800℃下反应20~60min，得到还原的薄层碳化钛，即H:Ti₃C₂T_x；

(4) 将碱和过硫酸铵在水中搅拌分散均匀，得到溶液，然后将铜基底置于其中，反应5~30 min，再将铜基底用去离子水和乙醇分别冲洗并干燥；

(5) 以铜基底为工作电极，铂片为对电极，1~3 mol/L的碱溶液为电解液，在恒电流的条件下反应5~50 min，然后将铜基底用去离子水和乙醇分别冲洗并干燥；

(6) 分别将步骤(4)或/和步骤(5)所得的干燥铜基底放置于管式炉中，在氩气气氛，400~800℃下煅烧2~6 h，得到氧化亚铜电极；

(7) 将乳酸溶液加入到铜盐溶液中，所得混合溶液作为电解液，调节pH为碱性，分别以FTO导电玻璃为基底，铂片为对电极，银/氯化银电极为参比电极，在恒电流的条件下沉积50~300 min，然后将FTO基底用去离子水和乙醇分别冲洗并干燥，得到氧化亚铜电极；