[发明专利]一种基于氮化铟纳米柱的光电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于氮化铟纳米柱的光电极材料及其制备方法和应用。本发明的基于氮化铟纳米柱的光电极材料的组成包括衬底、外延生长在衬底单面的氮化铟纳米柱和沉积在氮化铟纳米柱表面的NiFe层状双金属氢氧化物。本发明的基于氮化铟纳米柱的光电极材料的制备方法包括以下步骤：1)在衬底单面外延生长氮化铟纳米柱；2)在氮化铟纳米柱表面沉积NiFe层状双金属氢氧化物。本发明的基于氮化铟纳米柱的光电极材料制成的光电极用于光电化学分解水制氢具有产氢效率高、使用寿命长等优点，且该光电极材料的制备方法简单、生产成本低，适合进行大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及光电极技术领域，具体涉及一种基于氮化铟纳米柱的光电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能光电化学分解水制氢技术是通过利用阳光中的光子能转换成的电化学能直接将水分解为氢气和氧气，其在解决全球能源危机和环境问题方面显示出巨大的潜力。氮化铟(InN)纳米柱具有较小的带隙(0.65eV)、适合水氧化还原反应的能带位置、高表面积与体积比，成为了光阳极材料的理想候选者。然而，现有的基于InN纳米柱的光电极普遍存在电荷体相复合和表面复合速度快、氧化反应动力学缓慢等问题，需要外置偏压来促进电荷转移，实际应用受到了很大限制。

因此，开发一种性能更加优异的基于氮化铟纳米柱的光电极材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氮化铟纳米柱的光电极材料及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于氮化铟纳米柱的光电极材料，其组成包括衬底、外延生长在衬底单面的氮化铟纳米柱和沉积在氮化铟纳米柱表面的NiFe层状双金属氢氧化物。

优选的，所述氮化铟纳米柱在衬底上的密度为150个/μm²～250个/μm²。

优选的，所述氮化铟纳米柱的高度为150nm～400nm、直径为80nm～100nm。

优选的，所述衬底为导电率0.005Ω的N型硅衬底。

一种如上所述的基于氮化铟纳米柱的光电极材料的制备方法包括以下步骤：

1)采用分子束外延工艺在衬底单面外延生长氮化铟纳米柱；

2)将生长有氮化铟纳米柱的衬底放入含镍盐和铁盐的电解液中，再进行电化学沉积在氮化铟纳米柱表面沉积NiFe层状双金属氢氧化物，即得基于氮化铟纳米柱的光电极材料。

优选的，步骤1)所述分子束外延工艺的各项工艺参数为：衬底温度为380℃～450℃，衬底转速为8r/min～12r/min，铟束流等效压强为1.0×10^-7Torr～2.5×10^-7Torr，氮气流量为1.5sccm～2.5sccm，氮气等离子体源功率为300W～500W，生长时间为1h～4h。

优选的，步骤2)所述含镍盐和铁盐的电解液中的镍盐和铁盐的浓度均为1.0×10^-3mol/L～2.0×10^-3mol/L。

优选的，步骤2)所述含镍盐和铁盐的电解液中的镍盐为Ni(NO₃)₂、NiSO₄、NiCl₂中的至少一种。

优选的，步骤2)所述含镍盐和铁盐的电解液中的铁盐为Fe(NO₃)₃、Fe₂(SO₄)₃、FeCl₃中的至少一种。