[发明专利]一种构建Z型异质结光阳极的方法及Z型异质结光阳极

说明书

本发明提供的构建Z型异质结光阳极的方法，在FTO玻璃基片表面生长出以Rutile相为核、Brookite相为壳的核‑壳结构TiO₂纳米柱阵列，并以此获取TiO₂光阳极，再在TiO₂光阳极上沉积一层超薄的MoO_xN_y层，合成MoO_xN_y/TiO₂光阳极，形成独特的以N原子为主导的Z型异质结结构，促进了电荷分离过程，提高了光响应电流，具有操作简单、清洁高效、可规模化生产等优点。另外，本发明还提供了Z型异质结光阳极。

技术领域

本发明涉及光电催化技术领域，特别涉及一种构建Z型异质结光阳极的方法及Z型异质结光阳极。

背景技术

为解决能源和环境危机，氢气以清洁、高效及巨大的发展潜力吸引了全世界的目光。自1972年TiO₂首次作为光电催化剂，光电化学(PEC)电池被认为是一种非常有前途的制氢系统。至今经过40余年的发展，光电催化剂种类和电池设计策略层出不穷，但总体而言，目前光电催化太阳能转化效率仍然较低，导致其不能被大规模应用。如何提高光电催化剂的催化活性成为该领域备受关注的研究课题。

多种材料被探索用于光阳极设计，例如传统的WO₃、Fe₂O₃或新型的C₃N₄、MOFs材料等。而相比于上述材料，尽管拥有较大带隙值(3.2eV)，TiO₂因其特殊的固有性质仍然受到大量的研究，比如高光稳定性、长效稳定活性、低成本和环境友好性等。同时，除较差的光吸收能力外，TiO₂电极与电解质之间界面处仍存在快速的电子-空穴复合，限制了其光电催化性能，需要合适的策略来解决。

助催化剂通常用于解决表面反应迟缓的问题，可以在光电催化剂表面制备助催化剂，以减少电荷载流子复合并加速表面反应过程。贵金属(如Pt、Ru和Au等)已被用作有效的助催化剂，能够显著提高光电催化剂催化分解水性能。然而，贵金属的实际应用受到其稀缺性和高成本的限制。因此，过渡金属化合物应运而生，尤其是金属氧化物及硫属化物组成的助催化剂，可有效加速光电催化剂表面催化反应过程。然而，上述策略仍面临复杂的制备工艺(如光辅助沉积)或危险的合成条件(如硫化、氨化等)，阻碍了光电催化剂的工业应用进程。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种制备工艺简单且具有工业前景的构建Z型异质结光阳极的方法。

一种构建Z型异质结光阳极的方法，包括下述步骤：

对FTO玻璃基片进行预处理；

获取具有核-壳结构的TiO₂纳米柱阵列光阳极；

将所述TiO₂纳米柱阵列光阳极浸泡于钼酸铵前驱体溶液中并在加热条件下持续搅拌；

取出所述TiO₂光阳极冷却至室温，再对所述TiO₂光阳极表面进行清洗后干燥；

将干燥后的所述TiO₂光阳极在惰性氛围中高温煅烧得到具有Z型异质结的MoO_xN_y/TiO₂光阳极材料，其中，0X3，0Y2。

在其中一些实施例中，在对FTO玻璃基片进行预处理的步骤中，具体包括下述步骤：

将所述FTO玻璃基片剪裁为2×4cm²大小；

将剪裁后的FTO玻璃基片浸入丙酮和无水乙醇的混合溶液中超声处理10～20min，其中，所述丙酮和无水乙醇的质量比1:1～1：2；