[发明专利]一种电沉积法原位制备(Ga1‑xZnx)(N1‑xOx)柔性光阳极的方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性光阳极的制备领域，特别涉及一种电沉积法原位制备(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)柔性光阳极的方法。

背景技术

光催化反应是物质在光和光催化剂共同作用下进行的化学反应。由于其室温深度反应以及可以直接利用太阳能等特性，在空气及水污染治理、光催化分解水制氢、光催化还原CO₂等方面受到了极大的关注。

(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)是由ZnO和GaN构成的稳定固溶体，禁带宽度约为2.4～2.8eV，具有可见光吸收活性，通过调节Zn、Ga组分比例可对其性能(如吸收光谱范围)调进行调控，并且其化学性能稳定，负载助催化剂后具有显著的可见光催化分解水制氢活性，是近年新兴的一种可见光催化半导体材料。目前(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)通常为高温固相法制备的亚微米级粉体材料。例如，东京大学的Domen等在Nature,2006,440,295上报道的以ZnO和Ga₂O₃粉末为原料，经高温固相反应制备的(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)颗粒。该方法反应温度高、时间长，所得到的(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)颗粒大、尺寸分布宽、晶粒尺寸大、比表面积很低，对可见光催化反应中光生载流子的分离、迁移与抑制复合没有增益作用。同时，光催化剂表面电子-空穴对的快速复合也制约了光催化技术的应用。如何有效的抑制光生载流子的复合率，从而提高光催化活性，成为研究的热点。

光电催化是通过外加偏压电场来抑制光生载流子复合的有效技术手段。Domen等以高温气相沉积法制备的ZnO纳米线阵列为模板，在其上高温气相沉积Ga，最后氮化制得以ZnO为核，以ZnGaON为壳的导电的ZnO-ZnGaON纳米线阵列。当施加0.8V_RHE偏压时，其光电流密度约为1.5mA·cm^-2，太阳光能量转换效率为0.75％，且光化学稳定性较好(M.Zhong,Y.H.Ma,P.Oleynikov,K.Domen and J.-J.Delaunay,Energy Environ.Sci.,2014,7,1693-1699)。但该方法的设备复杂，反应温度高，且需要在真空条件下进行。Shet等用射频磁控溅射法一步合成了ZnO-GaN薄膜(S.Shet,Y.F.Yan,J.Turner and M.Al-Jassim,J.Power Sources,2013,232,74-78)，但其产物的光电流密度较小，仅为微安级。该制备过程同样需要在真空条件进行，设备复杂，并且需要特定的靶材。

电化学沉积是在电场作用下，在一定的电解质溶液中由阴极和阳极构成回路，通过氧化还原反应，使溶液中的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到所需镀层的过程。它可在各种结构复杂的基底上均匀沉积，通过控制工艺条件(如溶液组成、浓度、pH值、温度，电流，沉积时间等)，可精确控制沉积层的化学组成、结构、厚度和沉积速度等，且通常为常温或 略高于室温、常压的液相反应，工艺设备简单、操作容易、环境安全、方式灵活，适于工业化大规模生产。但迄今为止，关于电沉积法原位制备(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)柔性光阳极的文献和专利尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电沉积法原位制备(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)柔性光阳极的方法，该方法合成一系列形貌可控、不同锌镓比的(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)光阳极，本发明原料成本低、易得，工艺设备简单，操作容易，环境安全，方式灵活，适合工业化大规模生产。