[发明专利]一种金属铟修饰的硅光电阴极薄膜制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属铟修饰的硅光电阴极薄膜制备方法，将硅片依次置于有机溶剂清洗剂和去离子水中超声清洗30±10分钟，其后将硅片放入10±5％氢氟酸水溶液中刻蚀20‑100秒备用；2)将金属铟盐In(NO₃)₃·4H₂O或InCl₃溶解于1±0.3M NaNO₃溶液中，制得0.02M的In(NO₃)₃·4H₂O或InCl₃溶液，用于光辅助硅光电极的电沉积；将清洗好的硅片与电化学工作站连接，在‑1.0V(vs.SCE)电位下，通过紫外可见光照30±10秒，得到金属铟修饰的硅光电阴极薄膜。该法制备得到的金属铟修饰的硅光电阴极薄膜在光电催化水分解、二氧化碳还原等领域具有较大应用潜力。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种金属铟修饰的硅光电阴极薄膜及其制备方法

背景技术

二十一世纪以来化石燃料燃烧引发的环境污染、温室效应和能源短缺等问题已成为人类社会向前发展的严峻阻力。因此，开发环境友好和可持续的新型能源替代传统的化石燃料已成为人类社会急需解决的重大挑战。取之不尽用之不竭的太阳能被认为是最有可能取代化石燃料的清洁能源。利用太阳能光电催化进行水分解和二氧化碳，将可再生的太阳能转化为化学能的同时减缓温室效应并能够有效解决环境污染问题。

硅在地壳中含量丰富，极具低成本优势。其带隙为1.12ev，完全满足可见光吸收对带隙的要求，其导带位置也满足光解水制氢和二氧化碳还原及多种污染物降解的需求。此外，目前硅的提纯和制备技术已相对成熟，现已被广泛应用于太阳能光伏产业中。硅的优质特性迎合了光电催化对半导体材料的需要，这也使得硅成为光电化学体系中一种非常有前景的半导体材料。

虽然硅光电阴极具有低成本和带隙合适等优势，但利用硅光电阴极进行水分解、二氧化碳还原和污染物降解存在低的反应活性、选择性和法拉第效率等问题。为了解决硅光电阴极半导体的此类问题。本发明提出了一种对金属铟溶液具有普适性的光辅助电沉积(光电沉积)的方法，通过此法能够得到金属铟修饰的硅光电阴极薄膜。光电沉积金属的反应原料采用少量或微量的金属溶液即可，在不同偏压的条件下，可以稳定的生成从纳米至微米等不同大小的金属颗粒。光电沉积相对于原子层沉积和真空离子溅射或者化学气相沉积具有低成本，反应条件温和，可调控等诸多优势。此外硅光电阴极和金属颗粒优异的界面性能将有助于快速输导电子，使得光生电子和空穴能够有效的分离和转移，进而能够显著提高硅光电阴极的光电性能。此发明制备得到的金属铟修饰的硅光电阴极薄膜在光电催化分解水产氢、二氧化碳还原等领域具有较大应用潜力。

发明内容

本发明的目的是，提出了一种对各种金属铟溶液具有普适性的光辅助电沉积于硅光电阴极薄膜上的方法，通过此法能够在温和条件下，低成本的得到金属铟修饰的硅光电阴极薄膜。硅光电阴极和金属颗粒优异的界面性能将有助于快速输导电子，使得光生电子和空穴能够有效的分离和转移，进而能够显著提高硅光电阴极的光电性能。此发明制备得到的金属铟修饰的硅光电阴极薄膜在光电催化分解水产氢、二氧化碳还原和污染物降解等领域具有较大应用潜力。

本发明目的的技术解决方案是：一种金属铟修饰硅光电阴极薄膜的方法，步骤为：

1)将硅片依次置于有机溶剂清洗剂和去离子水中超声清洗30±10分钟，其后将硅片放入10±5％氢氟酸水溶液中刻蚀20-100秒备用；

2)将金属铟盐In(NO₃)₃·4H₂O或InCl₃溶解于1±0.3M NaNO₃溶液中，制得0.02M的In(NO₃)₃·4H₂O或InCl₃溶液，用于光辅助硅光电极的电沉积；