[发明专利]3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法，该异质结光电极材料由氧化铜(CuO)与氧化锌(ZnO)复合而成，该异质结光电极材料呈三维立体分枝状结构，该制备方法为在氧化铜纳米棒上合成氧化锌分枝状纳米棒，形成一个树枝状纳米结构，制备出3D分枝状半导体纳米异质结光阴极，这种电极，可以有效增加对太阳光的吸收，加速电子空穴对的有效分离，从而减少它们的复合并促进电荷的传输，优化传统单一半导体电极光电化转换效率，提高光解水效率，此外，所用材料具有环境友好，价格低廉的优点，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种光电化学电池电极材料及其制备方法，尤其涉及一种3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法。

背景技术

人类发展到现在，化石燃料的枯竭已是众所周知的问题，而相应的各种用来改善这种危机的方法已受到了大家的广泛关注，太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的能源，是解决这一问题的有力资源，与之相对应的太阳能电池就是将太阳能转化为化学能的一种器件，但是这一器件所面临的最大的不足之处就是它只有在有太阳的时候才可以工作，才可以为人类创造可以利用的能量，这一不可避免的缺陷显然会限制大家对它的大规模应用，将所产生的化学能储存起来做成燃料无疑是解决这一问题最有效也最可行的办法。而基于这种想法，氢能以其清洁且可再生的优点成为一种理想的储存能量的载体。

通过太阳能将水分解得到氢气是目前研究所发现的有效且较为普遍的途径，这种方式将利用太阳能和储存清洁能源这两个想法有效结合起来，在解决能源枯竭这一问题上有着里程碑的意义。

对这项有着极大应用前景的研究方向的探索和创新已经非常多，作为光解水电极材料需要具备以下几个条件：(1)可吸收大部分可见光；(2)在暗态和光照下均有较好的稳定性；(3)可以进行氧化/还原反应的合适的能带位置；(4)良好的载流子传输性能；(5)进行氧化还原反应的较低的过电势；(6)低成本。

其中就提高光吸收方面，已有很多种方式，如通过掺杂来改变材料的带隙结构，染料敏化或量子点敏化等，其中将窄带隙材料与其他半导体材料有效结合从而增加单一材料的光吸收是一种行之有效且广泛使用的途径；其次，就改善载流子传输方面，目前已有的可进行的手段有构建异质结、共催化剂修饰和等离子效应等，其中异质结可以利用其内建电场抑制电子空穴对的复合，加速载流子的分离。

综上所述，利用3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料来进行太阳能分解水制氢是一种有依据有可行性的方式，尽管迄今为止光解水的能量转换效率还不是很高，但全球众多科学家们正在试图通过不断努力，期待着找到新的突破口，研制和开发出具有高效率的光解水催化剂，使这“太阳氢”工程真正能服务于人类。

有鉴于上述的内容，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种制备简单，能够提高光解水效率的3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料及其制备方法。

本发明提出的一种3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料，其特征在于：该异质结光电极材料由氧化铜(CuO)与氧化锌(ZnO)复合而成，该异质结光电极材料呈三维立体分枝状结构。

本发明提出的一种3D分枝状半导体纳米异质结光电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)合成CuO纳米棒阵列；

步骤(1.1)将导电基底分别在酒精、丙酮和去离子水里各超声清洗15分钟；

步骤(1.2)将一水合醋酸铜均匀溶解于酒精中，形成种子层溶液；

步骤(1.3)用1mL移液枪量取步骤(1.2)配制的种子层溶液并用匀胶机在导电基底上均匀旋涂多次，随后将旋涂好的样品在400℃下烧结2小时；