[发明专利]一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法

说明书

本发明公开了一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法，属于材料科学技术领域和光电催化制氢领域。本发明先通过简单的离子层吸附的方法，将硒化镉负载在氧化铟锡基底上，然后再通过光辅助电沉积的方法沉积助催化剂二硫化钼，从而制备出这种高效的复合光电阴极。本方法制备的硒化镉敏化的复合光电阴极制备方法简便、稳定性好、价格低廉，应用于工业生产中可大幅度节约成本，是一种有较大工业光电催化产氢前景的新型催化材料。

技术领域

本发明涉及一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法，属于材料科学技术领域和光电催化制氢领域。

背景技术

全球能源危机的日益严重使新型能源的研究备受世界各国的关注。其中，氢气因其来源丰富、清洁无污染、燃烧高效等优点，被认为是最理想的能源载体。分解水制氢是有可能实现大规模生产氢气的重要方法之一。而利用太阳能分解水产氢，将太阳能转换为存储于氢能源中的化学能，是一种获得氢气的廉价的、便捷的方法。半导体光电极是光电化学(PEC)产氢的关键。近年来，以p型半导体为基础的光电阴极研究相对滞后，无法兼顾电流密度高、稳定性好、原料丰富的基本要求，成为限制PEC分解水的瓶颈。

目前，硫属化合物作为一类吸光半导体，具有对太阳光谱吸光系数高、光生电荷分离效率高、光生电子还原能力强的特点，满足PEC光电阴极中对吸光材料需求。将硫属化合物组装到空穴传导层上，可以构建新型的PEC光电阴极。然而，近年来已经报道的一些经硫属化合物敏化的光电阴极，在用于PEC分解水时，硫属化合物的优异性能并没有得到充分体现。主要原因在于目前该类电极空穴传导层都是参照太阳能电池中传统方法制备的NiO，空穴传导速率要比光电阳极中电子传输速率低约2个数量级，限制了硫属化合物敏化光电阴极的性能。因此，高效的空穴传导层，对于提高光生电荷的分离效率(导走空穴、减少空穴电子复合)、保持光吸收材料的稳定性(降低空穴积累、阻止氧化光吸收材料)也非常关键。

四氧化三钴(Co₃O₄)是一个典型的环境友好型的p型氧化物，因为其优越的物理化学性能被广泛应用于锂电池、超级电容及光电化学设备。尽管四氧化三钴(Co₃O₄)是一个p型半导体，但是很少被用到光电阴极中。

发明内容

本发明公开了一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极及其制备方法。硒化镉为吸光物质，四氧化三钴为空穴传导层。通过简单的离子层吸附的方法，将硒化镉负载在四氧化三钴基底上，再通过光辅助电沉积的方法沉积一层二硫化钼作为助催化剂，从而制备出这种高效的光电阴极。本方法制备的硒化镉敏化光电阴极方法简便、稳定性好、价格低廉，应用于工业生产中可大幅度节约成本，是一种有较大工业光电催化产氢前景的新型催化材料。

本发明提出一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗FTO导电玻璃；

(2)制备FTO/Co₃O₄基底：将步骤(1)处理后的FTO导电玻璃与硝酸钴、尿素，于100度水热处理2-6小时，冷却后冲洗、干燥，于430度焙烧3小时左右，得到FTO/Co₃O₄；

(3)制备FTO/Co₃O₄/CdSe电极：采取离子交替吸附的方式将硒化镉沉积在FTO/Co₃O₄上；

(4)通过负载MoS₂助催化剂制备FTO/Co₃O₄/CdSe/MoS₂电极，使用光辅助电化学沉积的方法负载MoS₂。