[发明专利]CoPc/TiO2复合半导体纳米材料的制备及光电流测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料的制备及材料的光电转换。运用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、热重分析等手段对CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料进行表征以及测量复合半导体纳米材料的光电化学性质〔E_oc-t、I-t〕。

背景技术

TiO₂是宽带隙半导体(E_g＝3.2eV)，作光催化剂已被人们高度重视，TiO₂主要对波长小于350nm的紫外光有吸收，然而紫外光只占自然光的5％，另外还存在光生电子-空穴对寿命短、光催化过程量子效率低等缺点。为此，研究人员主要集中在掺杂或表面修饰等方法去拓宽TiO₂光波长响应范围，来提高光催化量子效率。酞菁是具有离域π电子的大环共轭体系，有优良的化学稳定性和光、热稳定性，在可见光范围有较强的吸收，和TiO₂能级匹配，具备一种高效敏化染料的条件。

发明内容

基于上述，本发明的目的在于合成一种CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料及CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料的光电流测试方法，将TiO₂光响应范围从紫外区拓展到可见光区，利用自然光诱导电子转移产生光电流。

本发明的目的是这样实现的：

1.CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料的制备，其步骤是

a)取纳米TiO₂溶胶盛入备好的坩埚中，在500℃下煅烧3～4小时，自然冷却后将其在玛瑙研钵中研磨2小时。

b)称取CoPc置入50ml单颈瓶中并用氯仿溶解，在磁力搅拌器搅拌的情况下加入锻烧研磨好的纳米TiO₂然后封住单颈瓶口持续搅拌24h。

c)在旋转蒸发仪上将溶剂旋干并在60℃下干燥4～5个小时，取出干燥物在玛瑙研钵中研磨2小时，得CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料。CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料不溶于水、分散于乙醇呈蓝色悬浊液。

2.利用可见光诱导CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料产生光电流的测试方法：

a)ITO电极的清洗：依此用肥皂水、二次水、丙酮、乙醇处理导电玻璃(ITO)15min，再次用二次水冲洗、风干；

b)ITO电极的修饰：用乙醇作溶剂配制10mg/mL的CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料溶液在超声仪中超声30min，用滴图法组装在ITO上使其充分分散自然风干，然后取2μL 5％的Nafion乙醇溶液覆盖在其上自然风干备用；

c)ITO修饰电极的应用：

<1>将修饰好的ITO电极组固定在电解池底部，电解池中含有1mmol/L对苯二酚(HQ)的PBS缓冲液，使用三电极体系(ITO作工作电极、对电极、Ag/AgCl作参比电极)，进行开路电位-时间(E_oc-t)的测试，在光照条件下，酞菁被激发，电子跃迁至TiO₂导带，在TiO₂表面形成了电子扩散双层。电子的扩散导致系统开路电位的形成；

<2>含有1mmol/L对苯二酚(HQ)的PBS缓冲液，使用三电极体系(ITO作工作电极、对电极、Ag/AgCl作参比电极)，测量电流随时间变化的曲线(I-t)，光照时间间隔5秒，偏压为0；光电流反映了光-电化学电解池受光激发，在电极表面聚集大量电荷，这些电荷与电活性物质HQ或吸附在电极表面的HQ发生电子转移，电子转移到ITO上然后通过外电路传给对电极，形成光电流。

e)从电解池的底部(即ITO的背面)连续光照40min，然后取出电解池中的溶液，用三电极体系(裸金电极作工作电极，对电极，Ag/AgCl作参比电极)进行电化学扫描，在-0.6V～0.4V范围有BQ的特征峰出现。

3.CoPc/TiO₂复合半导体纳米材料电荷转移的原理