[发明专利]一种单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极及制备方法

说明书

本发明公开了一种单宁酸‑钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极及制备方法，属于材料科学技术和化学领域。本发明所述的制备单宁酸‑钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极的方法包括如下步骤：通过水热合成法将NiO薄膜沉积到FTO导电玻璃上、通过空气热氧化法制备CuO/NiO电极、采用光化学方法制备NixP/CuO/NiO电极、将NixP/CuO/NiO电极浸入CoCl2溶液10‑20min后取出，洗涤；再浸入单宁酸溶液中，调节pH为9‑10，反应0.5‑1.5h；反应结束后洗涤、干燥，得到单宁酸‑钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极。本发明所述的单宁酸‑钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极的产氢效率高，可以达到1.77μmol/h以上；稳定性良好，在测试长达8000s时，该电极的光电流密度仅比初始值略有下降。

技术领域

本发明涉及一种单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极及制备方法，属于材料科学技术和化学领域。

背景技术

在全球环境污染、能源危机日益严重的大背景下，开发新型可持续能源成为各国关心的热点。其中氢气因其来源丰富、燃烧值高效、燃烧产物清洁无污染等优点，被认为是最理想的能源。而分解水制氢是有可能实现大规模生产氢气的重要方法之一。构建串联光电极系统，利用太阳能全解水，将太阳能转换为存储于氢能源中的化学能，这就提供了一种获得氢气的廉价、便捷的方法，开发廉价高效的光催化剂是光催化分解水制氢的关键。

以铂为代表的贵金属催化剂是众所周知的有效和稳定的光催化和电催化剂，但昂贵的价格和低的丰度限制了其大规模商业应用。因此，开发高活性，丰度高和稳定性好的非贵金属催化剂是特别必要的。而在传统串联光电极系统的光电阳极通常选用铂。同在过去的几年中，许多研究已经表明过渡金属单质及其化合物(硫化物、磷化物、氢氧化物等)可作为高效的助催化剂用于光解水制氢。因此，我们提出开发丰度高，活性好的光电阳极，辅以助催化剂提升性能。过渡金属基助催化剂制的备方法主要有以下几种：溶剂热法、煅烧法、浸渍法等。相比于上述传统的方法，光化学法具有更加简便、温和、高效等优点，可以在不破坏原有电极的基础上增加电极活性。

光电化学分解水产氢技术结合了电催化与光催化技术的优势，是目前最有希望实现工业化的制氢技术之一。但是由于现有的电极材料尤其是光电阴极材料存在着高电流密度与稳定性无法兼顾，催化效率低等问题。因此，开发建高效稳定的光电阴极成为一项亟待解决的挑战。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极及制备方法。本发明集成NiO空穴传导层与NixP助催化剂的双重作用，并引入单宁酸-钴络合物构建致密保护层，解决了CuO电极的稳定性这一关键性问题。

本发明的第一个目的是提供一种制备单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极的方法，包括如下步骤：

(1)CuO/NiO电极的制备：

将Cu纳米颗粒溶于乙醇中形成混合溶液，取混合溶液旋凃于NiO电极上，旋涂1-7次；将旋凃后的电极经过煅烧，得到CuO/NiO电极；

(2)NixP/CuO/NiO电极的制备：

将硝酸镍、次磷酸钠和水混合均匀，得到混合溶液；将步骤(1)得到的CuO/NiO电极固定在反应容器内部，之后将混合溶液加入反应容器，氮气脱气；脱气完成之后，光照2-8min，得到NixP/CuO/NiO电极；

(3)单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极的制备：

将步骤(2)制备的NixP/CuO/NiO电极浸入CoCl₂溶液10-20min后取出，洗涤；再浸入单宁酸溶液中，调节pH为9-10，反应0.5-1.5h；反应结束后洗涤、干燥，得到单宁酸-钴络合物修饰的NixP/CuO/NiO光电阴极。