[发明专利]氧化锌-五氧化二钽复合纳米薄膜及其制备方法和在光催化中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及用于光电化学池的半导体电极领域，具体的说，涉及到一种氧化锌/五氧化二钽复合纳米材料及其制备方法。

背景技术

光解水制氢，也被称作人工光合作用，是利用太阳能的一种极具前景的新兴技术，对于解决当今能源紧缺和环境污染问题有重要的意义。自从1972年Fujishima和Honda报导了TiO₂在紫外光照射下分解水制备氢气后¹，人们就对光电催化分解水产生很大兴趣。这种技术基于太阳能和水，将太阳能转化为氢能，是一种可再生、无污染的新兴技术，极具吸引力。光电化学池分解水制氢的核心是寻求一种有效的光催化半导体电极材料，理想的半导体材料要求材料活性好、成本低廉、低毒性、性质稳定且对光有很好的响应。目前为止还没有一种半导体材料可以同时满足上述要求。²

氧化锌材料是一种宽禁带半导体，它具有价格低廉、低毒性及高电子传导率等优点³，可以做成大比表面的纳米结构，有利于实现电子和空穴的分离⁴。尽管有上述优点，氧化锌材料在光解水制氢中一个很大的限制因素是它在溶液中受紫外光照射后很容易受到光生空穴的腐蚀，这极大限制了它的光电催化应用。⁵为了解决氧化锌材料的自腐蚀，寻求一种简单有效的方法来增强其稳定性是十分必要的。Wei Xie等人在ZnO表面负载纳米Ag粒子，通过Ag粒子增强了电子和空穴的分离，同时Ag减少了表面缺陷，提高了ZnO材料的稳定性。⁶Bo Weng等人通过在ZnO外包覆还原石墨烯，提高了电荷传递，同时增大了比表面积，提高了稳定性与光催化活性。⁷这些方法从一定程度上缓解了ZnO的不稳定性问题，但是寻求一种更简便有效的提高ZnO稳定性的方法仍然需要继续研究。

1.Fujishima,A.；Honda,K.Electrochemical photolysis ofwater at a semiconductor electrode.Nature 1972,238,37-38. 

2.Walter,M.G.；Warren,E.L.；McKone,J.R.；Boettcher,S.W.；Mi,Q.X.；Santori,E.A.；Lewis,N.S.Solar water splitting cels.Chem.Rev.2010,110,6446-6473. 

3.Look,D.C.；Reynolds,D.C.；Sizelove,J.R.；Jones,R.L.；Litton,C.W.；Cantwell,G.；Harsch,W.C.Electrical properties ofbulk ZnO.SolidState Commun.1998,105,399-401. 

4.Greene,L.E.；Law,M.；Tan,D.H.；Montano,M.；Goldberger,J.；Somorjai,G.；Yang,P.D.General route to vertical ZnO nanowire arrays using textured ZnO seeds.Nano Lett.2005,5,1231-1236. 

5.Chen,Y.W.；Prange,J.D.；Duhnen,S.；Park,Y.；Gunji,M,；Chidsey,C.E.D.；McIntyre,P.C.Atomic layer-deposited tunnel oxide stabilizes silicon photoanodes for water oxidation.Nat.Mater.2011,10,539-544. 

6.Xie,W.；Li,Y.Z.；Sun,W.；Huang,J.C.；Xie,H.；Zhao,X.J.Surface modification ofZnO with Ag improves its photocatalytic efficiency and photostability.Journal ofphotochemistry andphotobiologyA:Chemistry.2010,216,149-155