[发明专利]Pt修饰Fe2O3包裹CuFeO2光阴极及制备方法

说明书

本发明Pt修饰Fe₂O₃包裹CuFeO₂光阴极，由表面向下逐层为Pt催化剂颗粒层、Fe₂O₃包裹CuFeO₂颗粒薄膜层、ITO导电玻璃衬底，Fe₂O₃包裹CuFeO₂颗粒薄膜层中Fe₂O₃与CuFeO₂之间构成包裹结构，表面的Fe₂O₃在CuFeO₂与Pt催化剂颗粒层之间形成过渡层，消除该界面处的上翘势垒，提高光阴极的光电流密度和产氢效率。本发明的Pt修饰Fe₂O₃包裹CuFeO₂光阴极及制备方法，克服现有CuFeO₂薄膜光电极制备温度高、容易破坏ITO导电玻璃衬底的导电性与透光性及CuFeO₂与Pt催化剂颗粒层之间形成上翘势垒的缺点，具有稳定性好、可见光响应、光电流密度大和开启电压高等特点。

技术领域

本发明涉及光电化学技术领域，具体涉及Pt修饰Fe₂O₃包裹CuFeO₂光阴极及制备方法，可在ITO导电玻璃衬底上低温制备CuFeO₂薄膜光阴极。

背景技术

氢能具有高效、清洁、可再生等优点，是目前广泛研究的化石能源替代技术之一。自从Fujishima等人开拓性地将二氧化钛(TiO₂)电极应用于光解水制氢，寻找具有高稳定性、高产氢效率的半导体光电极就成为了热门的研究课题。相比于在光解水反应中产生氧气的光阳极，直接在表面析出氢气的光阴极研究报道的成果较少，这主要是因为可用于制备光阴极的p型半导体种类数量较少。CuFeO₂属于铜铁矿材料的一种，具有p型导电性、可见光响应、适合产氢的能带结构等特点。但目前常见的CuFeO₂薄膜光电极的制备方法，如溶胶凝胶法、电化学沉积法、固相反应法等存在一些缺陷，一方面是制备温度较高，一般在700℃甚至1000℃以上，并需要持续退火处理数十个小时，而常用的透明导电衬底，如ITO玻璃等的导电性和透光性很容易在高温处理下遭到破坏，700℃的退火处理甚至可能彻底破坏掉ITO玻璃；另一方面，虽然CuFeO₂的能带结构很适合作为光阴极，但其功函数与目前公认最高效的Pt等贵金属产氢催化剂的功函数的差异较大，容易在界面处形成不利于光生载流子输运的上翘势垒。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供Pt修饰Fe₂O₃包裹CuFeO₂光阴极及制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

Pt修饰Fe₂O₃包裹CuFeO₂光阴极，光阴极由表面向下逐层为Pt催化剂颗粒层、Fe₂O₃包裹CuFeO₂颗粒薄膜层、ITO导电玻璃衬底，Pt催化剂颗粒沉积在Fe₂O₃包裹CuFeO₂颗粒薄膜层表面，得到Pt催化剂颗粒层， Fe₂O₃包裹CuFeO₂颗粒薄膜层中Fe₂O₃与CuFeO₂之间构成包裹结构，Fe₂O₃和沉积好的CuFeO₂颗粒层结合在一起，融合成一个整体的Fe₂O₃包裹 CuFeO₂颗粒薄膜层，表面的Fe₂O₃在CuFeO₂与Pt催化剂颗粒层之间形成过渡层。