[发明专利]一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用，属于光电极材料技术领域。本发明的CuWO₄/NiWO₄以WO₃、无机铜盐和无机镍盐通过煅烧反应一步生成，二者共用WO₃作为反应的模板剂，因而CuWO₄和NiWO₄界面间不存在晶格不匹配问题，进而能够实现光生电荷的高效分离，极大提高光生载流子的分离效率和光电流密度。本发明中，CuWO₄为n型半导体，NiWO₄为p型半导体，二者能带匹配可形成有效的pn结，促进‑光生电荷在异质结界面间的电荷分离，从而显著提高光电流密度。且构造的CuWO₄/NiWO₄纳米异质结能够拓宽光吸收范围，进一步增加光吸收效率，对改善CuWO₄的光电催化活性作用明显。

技术领域

本发明涉及光电极材料技术领域，尤其涉及一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的能源，利用太阳能将水分解为氢气和氧气，将为解决人类能源危机提供有效途径。在此背景下，半导体光催化和光电催化技术应运而生。半导体光催化技术能够利用半导体吸收太阳光，产生光生电子和空穴，然后驱动水还原和氧化反应。但是，由于光生电荷寿命短、复合快，该技术难以实现全解水，产氢的同时往往伴随着牺牲剂的消耗。而半导体光电催化技术可以在少量外加偏压协助下实现光生载流子的分离，从而有效避免牺牲剂的使用，比光催化技术更具应用前景，而半导体光电极材料的开发是实现光电催化技术应用的关键。

CuWO₄是一种n型半导体，在光电催化水分解领域作为光阳极材料使用。CuWO₄带隙窄，能够吸收较多的可见光，并且其价带电位较正，在热力学上能够驱动水氧化。此外，CuWO₄光阳极在中性或弱碱性具有优异的光稳定性，这有助于其在光电催化领域的应用。CuWO₄光电极的最大理论光电流最高可达10.7mA/cm²，太阳能的理论光电产氢率可达13％。然而，在实际应用中CuWO₄光阳极的水氧化能力不理想，可归结于该材料的电子-空穴的分离效率低和水氧化动力学慢。因此，人们致力于研究通过对CuWO₄进行改性，使其光电催化性能得到提高。通过两种半导体组合构建异质结是促进半导体界面电荷转移的有效途径，但是两个半导体界面的质量对光生载流子的分离影响很大,并非两种半导体组合就一定能提高半导体光电催化的活性，简单的将两种半导体组合，二者界面之间可能存在空隙、缺陷或者晶格不匹配状况，反倒抑制了载流子的分离，最终限制了光电催化水分解的活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用。本发明制得的异质结光阳极材料界面晶格匹配，能够实现光生电荷的高效分离，极大提高光生载流子的分离效率和光电流密度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种异质结光阳极材料的制备方法，包括以下步骤；

在FTO玻璃表面生长WO₃薄膜；

将无机铜盐、无机镍盐和乙酸混合，得到金属混合液；

将所述金属混合液滴涂于所述WO₃薄膜后煅烧，得到所述异质结光阳极材料。

优选地，所述无机铜盐中的铜元素和无机镍盐中镍元素的摩尔比为10:1～1:1。

优选地，所述无机铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜。

优选地，所述无机镍盐为硝酸镍、氯化镍和硫酸镍。

优选地，面积为1×1.5cm²的所述WO₃薄膜上滴涂的金属混合液的体积为100～200μL。