[发明专利]一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极及其制备方法

说明书

本发明通过将二维材料MXene的技术与半导体材料技术结合，得到一种新的抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极材料，该材料能够提高光生载流子传输速率、抑制载流子重组，提升光电性能。具体地，本发明提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃；步骤S2，制备少层Nbsubgt;2/subgt;C纳米片层；步骤S3，采用CdS纳米棒阵列和少层Nbsubgt;2/subgt;C纳米片层制备Nbsubgt;2/subgt;C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极作为新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。

技术领域

本发明属于光电化学材料领域，涉及纳米材料，具体涉及一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极及其制备方法。

背景技术

能源短缺是人类社会发展亟待解决的重大难题，太阳能作为一种理想的能源是待开发利用的主要目标，而在太阳能的开发利用中，能够将光能转换为电能的光电化学材料，尤其是能够实现高效稳定转换且容易制得的光电化学材料是不可或缺的。

硫化镉(CdS)是II-VI族中一种典型的直接带隙半导体材料，室温下CdS的带隙宽度为2.42eV。由于具有相对较低的功函数、较好的电子传输性、较强的可见光吸收以及高的电容，CdS作为一种优良的光电化学材料，可广泛地应用于太阳能电池、发光二极管、催化剂载体等领域。其中，具有一维结构的CdS纳米棒能为光生电子提供通道，因此有利于光生电子的传输，具有良好的应用前景。然而，现有研究表明，CdS中的S^2-易被光生空穴氧化从而发生光腐蚀，稳定性较差，并且CdS在光催化过程中由于自身固有的光腐蚀特性，导致容易解离出毒性Cd²⁺，产生二次污染的问题，严重阻碍了其实际应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，通过将过渡金属(M)碳化物和氮化物(X)形成二维材料MXene的技术与半导体材料技术结合，得到一种新的抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极材料，该材料能够提高光生载流子传输速率、抑制载流子重组，提升光电性能。

具体地，本发明提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃；步骤S2，制备少层Nb₂C纳米片层；步骤S3，采用CdS纳米棒阵列和少层Nb₂C纳米片层制备Nb₂C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极作为新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。

进一步，上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S1可以包括如下步骤：步骤S1-1，将氧化铟锡导电玻璃进行清洗、测试导电面并将导电面向上进行烘干，备用；步骤S1-2，将四水合硝酸镉、硫脲、还原型谷胱甘肽溶解于超纯水中，超声混合均匀，得到前驱体溶液；步骤S1-3，将氧化铟锡导电玻璃的导电面朝下斜靠于不锈钢高压釜的聚四氟乙烯衬里侧壁上，然后将前驱液倒入釜内，并在烘箱内进行水热反应，待降至室温后取出清洗、干燥，得到生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃。

更进一步，上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S1-1中的清洗的过程可以为：将氧化铟锡导电玻璃依次置于丙酮、无水乙醇和超纯水中进行超声清洗，每次超声30min。

另外，步骤S1-2的前驱体溶液中，四水合硝酸镉浓度优选为1mM，硫脲浓度优选为3mM，谷胱甘肽的浓度优选为0.6mM。

另外，步骤S1-3的水热反应的条件优选为200℃，反应持续时间优选为3.5h。