[发明专利]一种F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料的制备方法，所述方法包括合成CBO种子层；使用CBO种子层合成CBO纳米棒阵列光电阴极；合成F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极，将步骤S2中得到的CBO纳米棒阵列光电阴极放入NaF溶液中浸泡2h，取出烘干，300℃退火1h后得到F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料。本发明有益效果在于：所需原料绿色无毒、来源丰富，制备方法重复性好，可大规模合成；本发明制备的材料可用于光电催化还原O₂生产H₂O₂，反应高效，操作简单，制备的材料稳定性好，具有很好的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料的制备方法。

背景技术

能源是服务和提供现代人类社会的动力，随着化石燃料的密集消耗和环境破坏的日益加剧，人们对可替代清洁能源的需求不断增加。太阳能被认为是一种清洁、经济、可再生的自然资源。PEC系统，通过使用半导体光电极吸收太阳能并进行化学反应，通过这些化学反应，生产化学燃料，可以解决未来人类生活的需求，是最吸引人的策略之一。

目前，大量的努力集中在通过转换太阳能产氢(从水分解)和碳质燃料，如甲醇(从二氧化碳还原)。除此之外，通过PEC系统生产H 2 O 2也逐渐提上日程。H 2 O 2不仅是一种有前途的清洁燃料，也是一种增值化学品，广泛应用于有机合成、纸浆漂白、废水处理和医疗消毒。H 2 O 2的重要性在2016年年产量接近600万吨上得到了体现。然而，这种用途广泛的绿色化学品目前主要通过高耗能的蒽醌工艺生产，生产过程复杂。利用太阳能生产H 2 O2是一种理想的绿色可持续技术，其中只有水、氧气和阳光是必需的。因此，利用PEC ORR技术将太阳能转化为可持续资源具有非常重要的意义。目前，由于缺乏合适的光电阴极，特别是无机半导体光电阴极，相关的研究还处于起步阶段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料的制备方法，由于CBO光电阴极具有价格便宜、毒性低、合适的带隙(1.5-1.8eV)、较高的理论电流密度(19.7-29.0mA/cm 2)和较正的起始电位一系列优点，可用于PEC ORR还原氧气产H 2 O 2。但是，迄今为止，用于PEC ORR光电催化合成H 2 O 2的半导体材料很少被报道。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1合成CBO种子层；

S2使用CBO种子层合成CBO纳米棒阵列光电阴极；

S3合成F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极，将步骤S2中得到的CBO纳米棒阵列光电阴极放入NaF溶液中浸泡2h，取出烘干，300℃退火1h后得到F掺杂的CBO纳米棒阵列光电阴极材料。

需要说明的是，所述步骤S1的合成CBO种子层包括：

S1.1将CuSO 4 -5H 2 O溶解于去离子水中，搅拌使其完全溶解；

S1.2向步骤S1.1最终得到的混合溶液中加入乙二胺四乙酸铋钠(C 10 H 12 BiN2 NaO 8)，持续搅拌使其完全溶解；

S1.3将步骤S1.2得到的溶液滴涂到FTO玻璃上，将样品放到80℃烘箱中干燥1h，随后在管式炉中550℃退火2h后获得含CBO种子层的FTO。

需要说明的是，所述步骤S2的合成CBO纳米棒阵列光电阴极包括：

S2.1将Bi(NO 3)3 -5H 2 O加入去离子水中，搅拌溶解；

S2.2向步骤S2.1最终得到的混合溶液中加入Cu(NO)3 -3H 2 O，持续搅拌使其完全溶解；