[发明专利]一种制备光电制氢电极的方法以及光电制氢电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极的制备方法及由该方法制备的电极，特别是涉及一种制备光电制氢电极的方法以及由该方法制备的光电制氢电极。

背景技术

光电催化分解水制氢利用太阳能和水制得氢气，没有副产品，且能在两极上分别获得氢气和氧气，无污染，显示了强大的优势和发展潜力。但是目前效率还较低。为了提高制氢效率，需要优化光电催化制氢系统的各个因素，尤其是光催化电极材料。WO₃由于其具有较高的变色效率和较低的价格，一直以来是人们首选的电致变色化合物，因此其作为光催化制氢材料也被人们关注，目前大部分研究集中在粉末状催化材料上，而固体阳极材料的研究较少，目前有报道在导电玻璃上制备WO₃电极，并且所得WO₃电极在高氯酸电解质中获得了较好的光响应电流。

例如，中国专利申请200910157787.1公开了一种制备三氧化钨薄膜的方法，在该方法中，将金属钨片打磨抛光洗涤后，经800℃处理，表面被氧化为三氧化钨。然而，钨片打磨抛光过程不易控制，在烧结过程中，在管式炉出气口抽真空，而进气口通入氧气，通过控制进出口气体阀门保证管内压力在0.03MPa左右，这一过程的缺点是不宜控制管内压力，需要不停调试。因此所制备的产品性能的稳定性能仍有待提高。由于直接由金属钨片进行烧结，烧结后的比表面积较小，另外氧气流的通入不够稳定，导致表面氧化也不够充分，因此三氧化钨的结晶度也不够好，从而使光电流响应不高。

中国科学院等离子体物理研究所的中国专利申请03112669.3公开了一种新型纳米多孔薄膜及其制备方法，这种新型纳米多孔薄膜是一种二氧化钛、二氧化锡、三氧化钨、氧化锌或氧化锆半导体材料薄膜，薄膜中有不规则孔；并且还公开了这种新型纳米多孔薄膜的制备方法，该制备方法的特征在于包括以下步骤：1.制备半导体材料的纳米胶体溶液，2.加热，使胶体溶液变成有团聚颗粒沉淀的乳浊液，3.浓缩乳浊液，4.加入高分子表面活性剂并搅拌均成浆料，5.将浆料涂膜一次或多次，6.烧结。此专利申请涉及在导电玻璃上烧结一层氧化物膜，由于导电玻璃和在导电玻璃上的氧化物膜是两种不同类型的物质，因此导电玻璃和氧化物膜的结合性就不高，从而导电性较差，另外由于导电玻璃的烧结温度不能太高，因此如果导电玻璃形成的是WO₃膜，则其结晶度也不好。

Clara Santato，Martine Ulmann，and Jan Augustynski在J.Phys.Chem.B2001，105，936-940中也提出了在导电玻璃上制备WO₃电极，其缺点为导电玻璃的电阻比金属钨片的大，导致电流下降；另外，WO₃纳米材料与导电玻璃存在界面接触不良的问题。

因此，有必要开发出一种能够制备金属氧化物纳米多孔膜与基底的界面接触良好从而保持良好导电性的光电制氢电极的方法，并且提供由本发明的方法所制备的光电制氢电极电极。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够制备克服上述现有技术缺陷的光电制氢电极的方法和这样的光电制氢电极。因此，本发明涉及如下几个方面：

<1>.一种制备光电制氢电极的方法，所述方法包括如下步骤：第一步，提供阳极氧化基底；第二步，配制用于形成金属氧化物纳米多孔膜的浆料，其中所述浆料包含的金属氧化物是所述阳极氧化基底的前体金属的氧化物；第三步，将所述浆料涂覆到所述阳极氧化基底上以使所述浆料在所述阳极氧化基底上形成膜；以及，第四步，将其上已形成有膜的阳极氧化基底进行烧结。

<2>.根据<1>所述的制备光电制氢电极的方法，其中所述阳极氧化基底是通过使前体金属进行阳极氧化之后任选进行烧结而形成的。

<3>.根据<2>所述的制备光电制氢电极的方法，其中所述前体金属选自W、Ti、Fe、Ta和Zr。

<4>.根据<2>所述的制备光电制氢电极的方法，其中所述阳极氧化的过程如下：将清洗干净的前体金属放置在装有电解质的阳极氧化池中，分别作为阳极氧化的阳极和阴极，两者之间的距离为1～5cm；对电解质加热，使其温度达到30～70℃；在阴阳极间加10～60V的恒压；阳极氧化时间为0.5～8小时。

<5>.根据<2>所述的制备光电制氢电极的方法，其中所述烧结的过程如下：将阳极氧化后的前体金属放入管式炉中，通氧气，流量为40～150μL/min，以每分钟1～10℃的速率升温至500～800℃，保温0.5～6小时，冷却，得到阳极氧化基底。