[发明专利]混合相态硫化钨修饰的氧化亚铜双层析氢光电极及制备

说明书

本发明公开了一种混合相态硫化钨修饰的氧化亚铜双层析氢光电极及制备方法。该电极以FTO玻璃为基底，其上沉积氧化亚铜薄膜层，薄膜层的厚度为0.8‑1.0μm，该薄膜层之上是混合相态硫化钨薄膜层，混合相态是由2H‑WS₂和1T‑WS₂构成，该薄膜层的厚度为0.2‑0.4μm，两薄膜层的质量比为1:0.15～0.30。其制备方法包括，在FTO玻璃上电沉积制备Cu₂O薄膜，对WS₂插层剥离得M‑WS₂溶液，将Cu₂O薄膜在M‑WS₂溶液中制得混合相态硫化钨薄膜层。该电极用于光电催化分解水制备氢气。本发明的优点在于，制备过程简单，制得电极不含贵金属，成本较低，光电析氢效率高。

技术领域

本发明涉及一种混合相态硫化钨修饰的氧化亚铜双层析氢光电极及制备方法，属于光电极技术领域。

背景技术

能源短缺是二十一世纪面临的严峻问题，寻找可持续以及清洁的能源不仅能够解决由能源短缺引发的各种社会问题，还可以减少由化石燃料燃烧导致的环境污染。光电化学析氢技术是一项新兴的能源技术，它将光电转换过程和电析氢过程相结合，可以将太阳能转化为电能，并通过析氢催化剂将该电能进一步用于电解水制备氢气，具有很大的发展潜。

氧化亚铜（Cu₂O）是一种典型的p型直接半导体，其禁带宽度只有~2.0 eV，是为数不多的能被可见光激发的半导体材料，用这种材料制成的纳米Cu₂O薄膜不仅能够显著的提高太阳光能的利用效率，并且由于其制备成本很低，有工业化生产的前景，因此在太阳能的开发利用方面具有很大的应用潜力。然而纯的Cu₂O作为光催化剂具有以下两个缺点：（1）由光激发产生的电子和空穴容易在催化剂表面发生复合转化为热能，从而降低催化过程的光电转换效率或者氢气产量；（2）由于Cu₂O中的Cu为中间价态（+1），容易被氧化，使得催化剂的保存较困难，容易发生光腐蚀而降低催化剂的反应活性。

在Cu₂O的表面添加析氢催化剂，如贵金属金，银，铂等，不仅可以起到保护层作用，增强其抗氧化及抗光腐蚀能力，还可以起电子受体的作用，能够将半导体导带上的激发态电子转移到贵金属表面，从而达到促进空穴-电子分离的目的，使光电转换过程的效率也大大提高，但是，由于贵金属成本较高，限制了其规模化应用。硫化钨（WS₂）由于具有特殊的二维层状结构，且制备方法简便，成本较低，受到了越来越多研究者的关注。层状的WS₂具有两种较为稳定的相态，分别是具有半导体性质的2H- WS₂和具有金属性质的1T- WS₂，其中1T-WS₂的电析氢活性较高，而且可以通过对商业化的WS₂固体粉末进行锂插层处理制备。以WS₂作为析氢催化剂代替贵金属对半导体光催化剂进行修饰，可以获得廉价且高效的析氢光电极。

目前尚未有见到有关以硫化钨修饰的氧化亚铜双层析氢光电极报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合相态硫化钨（M-WS₂）修饰的氧化亚铜（Cu₂O）双层（M-WS₂/Cu₂O）析氢光电极及其制备方法。该析氢光电极具有用于电解水制备氢气的效率高的特点，其制备过程简单、成本低。