[发明专利]一种提高光催化分解水制氢催化剂光电转换效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高光催化分解水制氢催化剂光电转换效率的方法。

背景技术

太阳能作为一种最丰富的可再生能源，取之不尽，用之不竭。与核能相比，太阳能更为安全；与水能、风能相比，太阳能利用的成本较低，而且不受地理条件的限制，而光解水制氢是一种可以直接将太阳辐射能转化为氢能的途径，是极具发展潜力的新能源技术。近年来，利用二氧化钛阳电极应用于染料敏化太阳电池分解水制备氢气技术，由于制备工艺简单、成本低、环境友好等特点，在世界范围内已被广泛研究，但产生氢气的光电转换率低始终是制约其大规模发展的瓶颈。通过相关机理研究发现，二氧化钛/染料/电解质界面处的能量损失是导致电池性能下降的主要因素。可在染料溶液中引入有机小分子共吸附剂，与染料共同吸附在二氧化钛薄膜表面，抑制染料在二氧化钛薄膜表面的聚集，提高电子注入效率；同时在二氧化钛光催化剂表面与染料共同形成一层紧密单分子层，抑制电解质中电子受体与二氧化钛导带中的电子复合反应，从而大大促进光电转换效率的提高。已研究的共吸附剂包括胆酸及其衍生物，链状羧酸或磷酸等，而烷基次膦酸由于含有两条烷基疏水链，将更有效地抑制电子复合。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种提高光催化分解水制氢催化剂光电转换效率的方法，该方法工艺简单，操作方便，共吸附剂二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸与常用的具有长链的染料（如：Z907）匹配性好，光电转换效率得到提高。

本发明的技术方案：一种提高光催化分解水制氢催化剂光电转换效率的方法，在TiO₂多孔膜与Z907染料组成的光敏电极作为阳极，以含有1，2-二甲基-3丙基咪唑碘、I₂，LiI和N-甲基苯并咪唑的3-甲氧基丙腈溶液为电解质，以铂对电极组装成电池，通过引入二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸作为Z907的共吸附剂对光阳极进行改性，提高光电转化效率，具体包括如下步骤：（1）将一定摩尔浓度比的二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸和Z907染料同时溶解于正庚烷/乙腈混合溶液中；（2）将TiO₂多孔膜阳极浸泡于（1）中溶液12 h，然后用乙腈漂洗3次，80℃干燥5 h，得到复合光阳极；（3）以含有1.0 mol/L 1，2-二甲基-3丙基咪唑碘、0.1 mol/L I₂，0.1 mol/L LiI和0.5 mol/L N-甲基苯并咪唑的3-甲氧基丙腈溶液为电解质，将（2）中所得复合光阳极与铂对电极组装成电池，进行入射单色光（610 nm）光电转换效率（IPCE）测试。

所述二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸和Z907染料的摩尔浓度比为0.001：1～1：0.001。

所述二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸中不含其它小分子双烷基次膦酸。

所述正庚烷与乙腈体积比为1：10～10：1。

本发明的优点是：该方法工艺简单，操作方便，共吸附剂二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸与常用的具有长链的染料（如：Z907）匹配性好，光电转换效率得到提高；其中二（2，4，4-三甲基戊基）次膦酸中不含有其它小分子双烷基次膦酸，作为Z907的共吸附剂对光阳极进行改性，占据未被染料吸附的空位，在TiO₂表面以强的P-O-Ti键结合，与染料分子形成紧密的单分子层，由于支链丰富，与长的直链分子相比更有利于光生电子的注入，与短的直链分子相比可避免光生电子复合，从而提高染料敏化太阳电池的光阳极光电转化效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。这里仅指出，本发明中使用的试剂和测试设备除特别标明出处之外，均为市售的通用产品。

实施例1。