[发明专利]光电极及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种光电极，其特征在于，所述光电极包括半导体吸光器、保护层和助催化剂层；所述保护层设置于半导体吸光器表面，所述助催化剂层设置于保护层表面；

所述保护层为过渡金属氧化物层和原子级金属颗粒层交替叠合至少两次；所述保护层的两侧为过渡金属氧化物层；

所述助催化剂层为原子级金属颗粒层。

2.根据权利要求1所述的光电极，其特征在于，所述半导体吸光器中的半导体材料为ⅥA元素的金属化合物或硅基半导体材料，包括如下技术特征：

所述ⅥA元素的金属化合物为氧化铟、硒化亚铜、硒化银、硒化锡、硫化亚铜和硫化银中的一种或多种；

所述硅基半导体材料选用n+p型或p+n型的硅片，所述硅片为多晶硅或单晶硅。

3.根据权利要求1-2任一项所述的光电极，其特征在于，所述过渡金属氧化物层的厚度为0.5-5nm；所述原子级金属颗粒层的厚度为0.5～2nm。

4.根据权利要求1-2任一项所述的光电极，其特征在于，所述过渡金属氧化物层中的过渡金属氧化物为氧化钛、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化镉、氧化钨、氧化锆、氧化铁和氧化锰中的一种或多种。

5.根据权利要求1-2任一项所述的光电极，其特征在于，所述原子级金属颗粒层中的金属颗粒粒径为0.5-2nm。

6.根据权利要求1-2任一项所述的光电极，其特征在于，所述原子级金属颗粒层中的金属为贵金属和过渡金属中的一种或两种。

7.根据权利要求6任一项所述的光电极，其特征在于，所述贵金属为铂、金、银、铑、钯和钌中的一种或多种；所述过渡金属为铜、铁、钴、镍、钛和铬中的一种或多种。

8.一种光电极的制备方法，其特征在于，包括：

(a)利用半导体材料制备半导体吸光器；

(b)采用磁控溅射方法在所述半导体吸光器上交替沉积过渡金属氧化物层和原子级金属颗粒层至少两次，获得光电极。

9.根据权利要求8所述的光电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：

以第一过渡金属为溅射靶材，以氧气为溅射气体，在所述半导体吸光器的表面沉积所述过渡金属氧化物层；然后以第二过渡金属和/或贵金属为溅射靶材，以惰性气体为溅射气体，沉积所述原子级金属颗粒层；

交替重复沉积所述过渡金属氧化物层和原子级金属颗粒层至少两次，获得所述光电极；

所述第一过渡金属为钛、镍、钴、铜、镉、钨、锆、铁和锰中的一种或多种；所述第二过渡金属为铜、铁、钴、镍、钛和铬中的一种或多种。

10.权利要求1-7任一项所述的光电极在水分解、二氧化碳还原、氮气还原及氮氧化物还原中的应用。