[发明专利]复合光阳极及其制备方法、光电化学器件

说明书

本发明公开了一种复合光阳极，包括：导电基底；生长在导电基底上的TiO₂纳米棒阵列；以及沉积在TiO₂纳米棒阵列上的负载层；其中，所述负载层包括无定形碳球光敏化剂和碳氮化钴助催化剂。其制备方法为：在导电基底上生长形成TiO₂纳米棒阵列；分别配制无定形碳球悬浊液和碳氮化钴悬浊液；将所述无定形碳球悬浊液添加到TiO₂纳米棒阵列上并进行第一高温煅烧，得到TiO₂/CSs光阳极；将所述碳氮化钴悬浊液添加到TiO₂/CSs光阳极上并进行第二高温煅烧，得到TiO₂/CSs/Co‑CNs复合光阳极。本发明中，以无定形碳球作为光敏化层和碳氮化钴作为助催化层协调作用，提高光阳极的载流子分离效率，引入大量活性位点，有效提高复合光阳极的光电催化活性。

技术领域

本发明涉及光电化学器件技术领域，尤其涉及复合光阳极及其制备方法，还涉及包含所述复合光阳极的光电化学器件。

背景技术

利用氧化物半导体光电化学(PEC)阳极将自然界取之不尽的太阳能转化为清洁能源，如氢气和具有高附加值化学品的化学能源，是解决当今能源危机和环境污染的极具前景的方法之一。自1972年首次作为光电催化剂以来，TiO₂一直被认为是最受欢迎的PEC阳极材料之一。然而，过宽的禁带宽度(约为3.0eV～3.2eV)导致TiO₂只吸收紫外光，而紫外光只占太阳光谱的4％左右，导致其他波长太阳光的能量不能有效利用。严重的表面电荷复合和稀少的表面活性位点也是阻碍TiO₂光电催化太阳能产氢的突出因素。经过50年的发展，针对上述问题的各种策略和解决方案层出不穷，但总体而言，目前光电催化太阳能转化效率仍然较低，极大限制了其工业化生产和应用。因此，如何有效调节光电阳极带隙宽度，减缓载流子复合速率以及增加光阳极表面活性位点，进而提高光电催化剂的催化活性成为备受各国科研人员关注的研究课题。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种复合光阳极及其制备方法，以解决现有的光阳极活性位点少，光电催化活性低的问题。

为了解决以上问题，本发明首先提供了一种复合光阳极，包括：

导电基底；

生长在导电基底上的TiO₂纳米棒阵列；以及，

沉积在TiO₂纳米棒阵列上的负载层；其中，所述负载层包括无定形碳球光敏化剂和碳氮化钴助催化剂。

优选地，所述负载层的厚度为7μm～8μm。

优选地，所述TiO₂纳米棒阵列直径为200nm～400nm，棒高为3μm～5μm。

为了解决以上的技术问题，本发明还提供了一种上所述的复合光阳极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、在导电基底上生长形成TiO₂纳米棒阵列；

S2、分别配制无定形碳球悬浊液和碳氮化钴悬浊液；

S3、将所述无定形碳球悬浊液添加到TiO₂纳米棒阵列上并进行第一高温煅烧，得到TiO₂/CSs光阳极；

S4、将所述碳氮化钴悬浊液添加到TiO₂/CSs光阳极上并进行第二高温煅烧，得到TiO₂/CSs/Co-CNs复合光阳极。

优选地，所述无定形碳球悬浊液的溶剂为醇类溶剂，所述无定形碳球悬浊液的浓度为6M～10M；所述碳氮化钴悬浊液的溶剂为水，所述碳氮化钴悬浊液的浓度为1M～3M。