[发明专利]铁电薄膜三元复合光电极及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种铁电薄膜三元复合光电极及其制备方法，所述制备方法包括：S1、提供一导电基片；S2、在导电基片表面制备铁电薄膜，得到铁电薄膜光电极；S3、在铁电薄膜表面制备氧化钛薄膜；S4、通过化学气相沉积法在氧化钛薄膜表面负载石墨相氮化碳，得到铁电薄膜三元复合光电极。本发明采用三步法制备铁电薄膜三元复合光电极，工艺简单，成本较低，便于大规模制备；三元复合光电极能够最大程度上提高光电极与电解液间载流子传输性能，提高光电转化效率，光电流密度能从15μA/cm²提高到70μA/cm²。

技术领域

本发明属于光电化学技术领域，具体涉及一种铁电薄膜三元复合光电极及其制备方法。

背景技术

能源短缺已经成为当前人类面临的重大问题，人们迫切的需要开发利用一种可再生的清洁能源，利用半导体光电化学分解水制备氢气与氧气不失为一种有效的方法。铁电材料相比于传统半导体材料具有自发极化，极化导致的内建电场可以促进光生载流子转移至表面，因而在光电化学体系中拥有广阔的应用前景。但是铁电薄膜光电极的量子效率依然很低，光生载流子复合太快，界面电荷转移太慢，难以满足实际应用需要。

大量的研究表明，贵金属修饰及异质结的构建可以增强光的吸收，异质结界面可以促进载流子的分离，但贵金属价格昂贵，导致其很难被大规模的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种铁电薄膜三元复合光电极及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁电薄膜三元复合光电极及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种铁电薄膜三元复合光电极，所述三元复合光电极包括导电基片、位于导电基片表面的铁电薄膜、位于铁电薄膜表面的氧化钛薄膜及负载于氧化钛薄膜表面的石墨相氮化碳。

一实施例中，所述铁电薄膜为钛酸铅、铁酸铋、钛酸钡薄膜中的一种或多种，铁电薄膜的厚度小于或等于500nm。

一实施例中，所述氧化钛薄膜的厚度为25～100nm。

一实施例中，所述石墨相氮化碳的负载量为5μg/cm²～20μg/cm²。

一实施例中，所述导电基片为FTO基片、ITO基片、Pt基片中的一种。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种铁电薄膜三元复合光电极的制备方法，所述制备方法包括：

S1、提供一导电基片；

S2、在导电基片表面制备铁电薄膜，得到铁电薄膜光电极；

S3、在铁电薄膜表面制备氧化钛薄膜；

S4、通过化学气相沉积法在氧化钛薄膜表面负载石墨相氮化碳，得到铁电薄膜三元复合光电极。

一实施例中，所述步骤S2具体为：

将醋酸铅与钛酸丁酯溶解于乙酸与乙二醇甲醚混合溶液，得到钛酸铅胶体；

将钛酸铅胶体旋涂至导电基片表面，加热挥发溶剂；

退火使钛酸铅薄膜结晶，得到铁电薄膜光电极。

一实施例中，所述步骤S3具体为：

将钛酸丁酯溶解于乙二醇甲醚中，得到的氧化钛胶体；

将氧化钛胶体旋涂至铁电薄膜表面，加热挥发溶剂；

退火使氧化钛薄膜结晶。

一实施例中，所述步骤S3具体为：