[发明专利]一种量子点敏化的氧化物电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种量子点敏化的氧化物电极及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：将碘化亚铜、乙酸锌和乙酸铟溶于十二硫醇和油胺中，加热，加入硫的油胺溶液，继续加热，淬灭反应，制得第一反应液；加入十二硫醇和十八烯中，脱气，加热，淬灭反应，制得第二反应液，加入甲苯和乙醇，混匀后，离心，重新分散在甲苯中，得到电泳沉积液，以两片氧化物电极为工作电极，进行电泳沉积，制得量子点敏化的氧化物电极。采用本发明电极构的建光电化学电池，具体高活性和高稳定性，并且当构建两电极体系光电化学电池时，不需要外置偏压。本发明涉及光电化学电池技术领域，解决了现有光电化学电池低活性、低稳定性、高毒性和需要外置偏压的问题。

技术领域

本发明涉及光电化学电池技术领域，具体涉及一种量子点敏化的氧化物电极及其制备方法和应用。

背景技术

量子点敏化光电化学电池技术是一种通过光响应半导体直接利用光能，并将其转化为化学能的新型电池技术，通常由具备光活性的量子点敏化光电极、电解液以及电路组成，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和器件复杂性；相比于无量子点敏化的光电化学电池技术，带隙可调的量子点能充分吸收紫外-可见-近红外的太阳光，充分做到光能的有效利用。量子点敏化光电化学电池制氢技术目前不能大规模投入实际应用主要限制在以下几个方面：第一，由于量子点和光电极之间的接触不充分，整体电池的活性以及稳定性偏低；第二，量子点敏化光电化学电池通常需要外接电源，施加一定偏压才能使器件得到可观的性能；第三，尽管量子点由于其能带结构可调、光谱宽吸收等特点被广泛用于光电化学电池，但是大部分量子点含有铅镉等有毒金属，从绿色环保的角度上阻碍了这类技术的发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种量子点敏化的氧化物电极及其制备方法和应用，以解决现有量子点敏化光电化学电池接触不良、低活性、低稳定性、高毒性和需要外置偏压的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种量子点敏化的氧化物电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碘化亚铜、乙酸锌和乙酸铟完全溶解于十二硫醇和油胺的混合溶液中，于200-250℃条件下加热8-12min，然后逐滴加入硫的油胺溶液，继续于180-220℃条件下加热18-22min，再进行淬灭反应，制得第一反应液，即油胺和十二硫醇共同包覆的量子点ZnCuInS₂溶液；

(2)将步骤(1)制得的第一反应液加入十二硫醇和十八烯的混合溶液中，在真空和45-55℃条件下，脱气28-32min，然后加热至100-150℃，保持10-20min，再进行淬灭反应，制得第二反应液，即十二硫醇包覆的量子点ZnCuInS₂溶液；

(3)在步骤(2)制得的第二反应液中，加入甲苯和乙醇，混匀后，离心，重新将沉淀分散在甲苯中，得到电泳沉积液，以两片氧化物电极为工作电极，进行电泳沉积，制得量子点敏化的氧化物电极。

本发明的有益效果为：十二硫醇配体一端为巯基，一端为长链烃基，配体包覆量子点是巯基接触量子点，烃基暴露在外，形成外端疏水的量子点结构，当通过电泳沉积到亲水氧化物表面时，外端的烃基是容易与亲水氧化物接触，因此量子点表面配体会脱落一部分，使得量子点的金属、硫等原子团直接与亲水氧化物接触，以此形成直接的接触。

本发明先用十二硫醇配体包覆量子点，然后用量子点敏化氧化物电极，制得的量子点敏化的氧化物电极，其量子点和氧化物电极能够有效接触，基于配体长度、配位强度以及量子点表面配体负载量不同，解决了传统量子点敏化光电极的有效接触问题，同时，不含有有毒重金属；本发明量子点敏化的氧化物电极构建光电化学电池，具体高活性和高稳定性，并且当构建两电极体系光电化学电池时，不需要外置偏压。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：