[发明专利]一种同时具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结

说明书

本发明公开了一种同时具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结，其包括核基底，包覆在核基底表面的核壳层，核壳层的表面设置有孔隙结构，核基底以碳化硅作为材料，核壳层以氮化碳作为材料。本发明所提供的具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结，其具有大量孔道结构、异质结界面接触强，稳定性好等优点，且其同时具有内部电场和太阳能全光谱吸收利用特性，进而大大提升光热催化性能。其可应用于太阳光驱动光热协同催化水分解产氢，其光催化产氢性能可以达到6670μmol.g^‑1.h^‑1，光热协同催化下产氢性能可达12540μmol.g^‑1.h^‑1；热催化产氢性能可达25μmol.g^‑1.h^‑1，即具有优异的产氢性能。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种同时具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结。

背景技术

地球表面所接收到的太阳能约为1.3×10⁵TW，比目前全球总消耗能量高3个数量级，因此绿色高效地利用太阳能制取氢气是促进落实“双碳”目标的有效途径之一。我国太阳能资源也十分丰富，每年的太阳能资源相当于17000亿吨标准煤。然而，太阳能能量密度低、辐照波动大，在利用过程中存在效率低、供能不稳定等不足。而采用太阳能化学制燃料(例如氢气)，可将低能量密度、不稳定的太阳能转化为高能量密度、稳定的化学能，实现太阳能长时间的存储和运输，优势显著；地球表面所接收到的太阳辐射主要集中在紫外区(0.4μm，5％)、可见光(0.4～0.76μm，45％)和红外光(0.76μm，55％)三部分。目前常见的半导体催化剂，太阳能光解水制氢只能吸收和利用紫外和部分可见光谱区的光能，不能利用全光谱的能量，太阳能制氢的效率一直难以突破10％的效率瓶颈，如何提高太阳能全光谱能量利用率是太阳能光解水制氢未来发展亟需解决的关键问题。虽然有方法对半导体催化剂进行优化改进，即窄带隙半导体，提高了对太阳光的吸收利用，但是相应的窄带隙半导体的光生载流子的复合率也较高，因此最终窄带隙半导体对太阳光的利用率比宽带隙半导体更低。另一方面，太阳能光催化分解水是一个上坡反应，需要克服热力学上的限制，即可利用的光子能量理论上要大于1.23eV，即光能品位较高的高能光子；而由于动力学限制，光能品味较低的低能光子(如近红外光)基本不能被直接用于光催化分解水，其主要表现为“热效应”，使得反应系统温度略有上升，但是基本上都是作为热散失到环境中，没有进行合理地利用。因此，同时提高半导体催化剂对太阳光谱的吸收利用率和促进光生载流子的分离对于提高太阳能能量转化率尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种同时具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结，旨在解决现有核壳异质结的能量转化效率低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种同时具有内部电场和全光谱吸收特性的核壳异质结，其包括核基底，包覆在核基底表面的核壳层，所述核壳层的表面设置有孔隙结构，所述核基底以碳化硅作为材料，所述核壳层以氮化碳作为材料。

本发明的目的在于还提供了一种前述的核壳异质结的制备方法，包括如下步骤：

1)将三聚氰胺、钾盐、2,4,6-三氨基吡啶和碳化硅混合后，加入溶剂分散均匀，随后进行研磨混合，得到前驱体溶液，备用；

2)将步骤1)中得到的前驱体溶液烘干，随后进行煅烧处理，得到核壳异质结。

进一步：所述三聚氰胺与碳化硅的质量比为1：(0.1-50)。

进一步：所述三聚氰胺与钾盐的质量比为1：(0.1-100)。

进一步：所述三聚氰胺与2,4,6-三氨基吡啶的质量比为1：(0.1-60)。