[发明专利]一种非金属基光电阴极的制备方法

说明书

本发明公开了一种非金属基光电阴极的制备方法。本发明通过溶液化学法的制备石墨炔；将尿素置于马弗炉中，550℃煅烧4h，制备块材g‑C₃N₄，再将块材g‑C₃N₄分散在N‑甲基吡咯烷酮溶剂中超声20h，得到g‑C₃N₄纳米片分散液；采用溶剂热法将二者复合，即得到g‑C₃N₄/GDY光电阴极。本发明克服了一般空穴传输材料使用含金属的氧化物且与g‑C₃N₄复合来构建非金属基光电阴极。光照下，本发明所得g‑C₃N₄/GDY光电阴极在‑0.1V(vs NHE)得到了较高的光电流响应值，是单独g‑C₃N₄和单独GDY的3倍之高。本发明光阴极有很好的光电催化活性和稳定性且制备方法简单。

技术领域

本发明属于半导体光电催化分解水产氢技术领域，涉及一种非金属基g-C₃N₄/GDY光电阴极的制备方法。

背景技术

由于未来对可再生清洁能源的需求不断增加，开发高效的太阳能氢能成为主要的科学挑战。原则上，只有当光生电荷产生且传送到催化剂表面才能发生光电催化水分解反应。然而，这一过程中，光生电荷会发生高达90％的复合率，这严重限制了光电化学转换效率。由于光生空穴传输速率低于光生电子传输速率，所以严重阻碍了光生电荷的有效分离。事实上，作为空穴传输的助催化剂，例如RuO₂，IrO₂，和CoO_x等金属氧化物已经被用于传输光生空穴，然而半导体中作为空穴的有效提取仍局限于导致光生电荷复合的长距离传输，为了获得高效的电荷转移，设计精细结构来优化空穴的传输动力学是必不可少的。

g-C₃N₄，一种低成本且稳定的高分子半导体由于其优异的电子特性和稳定性已广泛应用于光电分解水产氢，但也存在光生电子空穴复合严重的问题。目前为止，已采取调整g-C₃N₄的本征电子结构和构建复合物结构来提高g-C₃N₄的电荷分离。例如，可通过掺杂元素改变g-C₃N₄的电子能带结构，从而提高电荷的传输速率；传输距离的缩短可通过设计超薄或多孔结构来实现；构建一种g-C₃N₄与碳纳米管或石墨烯混合物结构可以促进光生电子和空穴的传输。目前，没有报道提示两种非金属材料复合后是否能够作为光电阴极产氢。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明首次通过一种简单的方法将两种非金属材料g-C₃N₄与GDY复合作为光电阴极产氢。光照下，这一非金属基g-C₃N₄/GDY光电阴极在-0.1V(vsNHE)得到了较高的光电流响应值，是单独g-C₃N₄和单独GDY的3倍之高。为研究此催化过程的电荷转移特性，我们对其进行了光致荧光分析与阻抗谱的测试，也对其光电性质提高的机理做了一定的讨论。

本发明的目的在于提供一种非金属基g-C₃N₄/GDY光电阴极的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种非金属基g-C₃N₄/GDY光电阴极的制备方法，包括以下步骤：

制备石墨炔纳米墙：在溶剂中加入铜片作基底，再滴入六炔基苯溶液，使六炔基苯在铜的催化作用下在溶剂中发生偶联反应，得到在铜片基底上生长的石墨炔纳米墙；