[发明专利]一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极及其制备方法与光电化学电池

说明书

本发明公开了一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极及其制备方法与光电化学电池，该方法包括以下步骤：(1)制备二氧化钛阻挡层；(2)制备氧化石墨烯掺杂的二氧化钛复合光阳极；(3)合成环保型锌银铟硒量子点；(4)制备量子点敏化光阳极；(5)光阳极表面钝化。通过本发明提供的制备方法，将环保型锌银铟硒量子点用于敏化光阳极，可以显著提高其对光的吸收范围。并且在二氧化钛电极中掺杂氧化石墨烯，可以提升电子在电极中传递的速率，同时抑制了光生电子与空穴在电极中的复合，显著提高了光电化学电池的性能，使其在一个标准模拟太阳光照射下，饱和光电流密度高达6.5mA/cm²。

技术领域

本发明属于光化学电池技术领域，具体涉及到一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极及其制备方法与光电化学电池。

背景技术

光电化学电池是指利用半导体-液体结制成的电池，它能直接利用光能并将其转化为清洁可再生氢能源，缓解能源危机。通常光电化学电池由具备光活性的光电极、电解液以及外电路组成，其结构简单，相比于先光伏发电再电解水制氢技术具备更低的器件成本。其中，半导体二氧化钛由于稳定性好、能带位置合适，常被用作光电化学电池的阳极材料。然而，二氧化钛较大的带隙(～3.2eV)导致其只能利用太阳光中紫外光的部分，严重影响了光能到氢能的转化效率，通过引入具有宽吸收光谱范围的量子点来敏化二氧化钛光阳极能极好的克服该问题。另外，量子点敏化的光电化学电池制氢技术目前不能大规模投入实际应用还限制在以下几个方面：第一，传统量子点敏化的掺杂光阳极材料含有铅、镉等有毒金属元素，从环保和商业化的角度上不利于该技术的发展；第二，现已研究的环保型光电极材料的活性以及稳定性偏低；第三，光电极材料对太阳光的吸收范围有限，还不能有效利用近红外光部分；第四，传统光电极由二氧化钛纳米颗粒堆叠成，光生电子在二氧化钛界面传递时容易与空穴复合，最终导致光电化学转换效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极及其制备方法与光电化学电池，可以解决现有技术中量子点光电化学电池高毒性、吸收光谱范围窄、低活性的一系列问题。

为达上述目的，本发明提供了一种环保型锌银铟硒量子点敏化的掺杂光阳极的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备二氧化钛阻挡层

清洗基底并吹干，将钛-纳米氧化物溶液旋涂在基底上，随后煅烧，制得二氧化钛阻挡层；

(2)制备氧化石墨烯掺杂的二氧化钛光阳极

取氧化石墨烯的乙醇分散液、二氧化钛浆料以及分散剂混合超声，并于真空条件下抽干至原混合物体积的1/5，得浆料；将浆料涂覆于步骤(1)制得的二氧化钛阻挡层上，经过成型-定型-加热-保温后制得氧化石墨烯掺杂的二氧化钛光阳极；

(3)合成环保型锌银铟硒量子点

将醋酸锌、硝酸银和醋酸铟和共溶于混合有机溶剂中，得反应液，然后将硒的前驱体溶液加入反应液中，加热并保温至量子点完全生长，得到锌银铟硒量子点溶液；

(4)制备量子点敏化光阳极

向锌银铟硒量子点溶液与有机溶剂混合，震荡离心取上清液，再将乙醇加入上清液中，离心得沉淀，并将沉淀溶于甲苯中得沉积液；以氧化石墨烯掺杂的二氧化钛阳极和沉积液构建电泳装置进行电泳沉积，得到环保型锌银铟硒量子点敏化的氧化石墨烯掺杂的二氧化钛光阳极；

(5)光阳极表面钝化

将步骤(4)制得的光阳极相继置于锌源和硫源中浸泡45-75s，随后涮洗并吹干，依次重复浸泡、涮洗、吹干步骤1-2次即可。

进一步地，基底为FTO导电玻璃，清洗包括分别将基底置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗20-40min，并用氮气吹干。