一种硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的简单制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的简单制备方法，属于材料科学技术领域和光电催化制氢领域。本发明专利技术通过简单的旋涂的方法把空穴传导层氧化铟锡制备到FTO导电玻璃基质上，然后在有离子层吸附的方法把硫化铅负载在氧化铟锡上，制备出硫化铅敏化的氧化铟锡复合光电阴极，本方法采用的非贵金属原料、制备方法简便，得到的硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极有效的提高了光电流。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的简单制备方法
本专利技术涉及一种硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的简单制备方法，属于材料科学
和光电催化制氢领域。
技术介绍
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,这就提供了一种获得氢气的廉价、便捷的方法。半导体光电阴极是光电化学产氢的关键。现有技术中半导体光电阴极材料为p型硅、氧化亚铜等，这些材料在空气及电极质溶液中易被腐蚀导致的稳定性差，需要设计新型的光电阴极。氧化铟锡(ITO)有一个大约3.7-3.8eV的带隙是一个退化的N型半导体材料。作为传递空穴的型半导体,具有较宽的带隙,良好的热稳定性和化学稳定性，氧化铟锡(ITO)主要用在有机光伏设备和有机发光二极管等方向作为透明的导电基质。而PbS有较高的光学系数和较窄的带隙,可以有效的吸收可见光从而被广泛的研究，但是在用于半导体光电阴极制备时存在价带位置与传统的空穴传导层匹配性差、导致光电阴极性能差的问题。因此，现有急需一种稳定性好，合成方法简便的的半导体光电阴极。
技术实现思路
本专利技术公开了一种硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极的制备方法。硫化铅为吸光物质，氧化铟锡为空穴传导层。通过简单的离子层吸附的方法，将硫化铅负载在氧化铟锡基底上，从而制备出这种高效的光电阴极。本方法制备的硫化铅敏化的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。本专利技术的第一个目的是公开一种硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极，所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极是由导电基质FTO、空穴传导层氧化铟锡和吸光物质硫化铅组成的。在本专利技术的一种实施方式中，所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极是以由导电基质FTO玻璃为载体，氧化铟锡附着在导电基质FTO玻璃表面，硫化铅附着在氧化铟锡外层。本专利技术的第二个目的是提供一种硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极的简单制备方法，所述方法步骤如下：(1)导电基质FTO玻璃的清洗；(2)氧化铟锡薄膜的制备；(3)合成和沉积硫化铅在氧化铟锡薄膜上。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中导电基质FTO玻璃的清洗方法：将FTO玻璃放入氢氧化钾的异丙醇溶液中，在回流的条件下煮沸20-50分钟，随后取出分别在去离子水、丙酮及乙醇中超声多次，取出后在干燥箱中90-120℃干燥10-40分钟，取出备用。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)氧化铟锡薄膜的制备方法为：使用旋涂的方法把氧化铟锡旋涂液覆盖在FTO导电玻璃上，制备出FTO/ITO薄膜电极。在本专利技术的一种实施方式中，所述氧化铟锡旋涂液配制方法为：将无水乙醇加入一定量的8-12w.t％乙基纤维素乙醇溶液超声10-30分钟至溶解，再加入一定量松油醇超声10-30分钟溶解。最后称取适量氧化铟锡纳米粉末加入溶液中超声分散均匀，形成悬浮液。在本专利技术的一种实施方式中，所述氧化铟锡薄膜制备方法为：取一定量的氧化铟锡旋涂液，滴在FTO导电玻璃上，旋涂成膜，在真空干燥箱中50-70℃干燥。随后在马弗炉中空气下在400-500℃焙烧。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(3)成和沉积硫化铅在氧化铟锡薄膜上方法：硫化铅沉积在氧化铟锡表面是通过采用离子交替吸附(SILAR)的方法，将制备好的氧化铟锡覆盖的FTO玻璃依次浸入适量Lcy-Pb2+水溶液和适量S2-水溶液中，浸泡，然后取出水洗，依次循环几次既可以得到硫化铅敏化的氧化铟锡电极，通过循环的次数来调控PbS层的厚度，最后在室温下干燥，即制备出FTO/ITO/PbS电极。在本专利技术的一种实施方式中，所述Lcy-Pb2+水溶液的浓度为1mM-0.1M，S2-水溶液的浓度为1mM-0.1M。在本专利技术的一种实施方式中，所述浸泡时间为0.5-10min，循环次数为1-10。本专利技术有益效果：(1)本专利技术使用简单的旋涂的方法把空穴传导层氧化铟锡制备到FTO导电玻璃基质上，然后在有离子层吸附的方法把硫化铅负载在氧化铟锡上，制备出硫化铅敏化的氧化铟锡复合光电阴极，本方法采用的非贵金属原料、制备方法简便，降低了复合电极的制备成本；(2)本专利技术采用新型的氧化铟锡空穴传导层，有效的提高了光电流，快速导走光激发产生的空穴，避免电子与空穴的复合，光电流密度值可达-75μA/cm2。附图说明图1是硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极和氧化铟锡电极的Uv-vis图谱；图2是(a)氧化铟锡电极和(b)硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的SEM照片；图3是硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极S元素(a)和Pb元素(b)的XPS图谱；图4是硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极和氧化铟锡电极对可见光响应的电流-时间图；图5硫化铅敏化电极对黑暗情况和可见光响应的电压-电流图；图6是硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极在含氧催化体系中的电流、电荷-时间图。具体实施方式下面结合一些实例和附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的权利范围不仅限于实施例的范围。实施例1硫化铅敏化氧化铟锡光电阴极的制备方法(1)导电基质FTO玻璃的清洗:首先将大块的FTO玻璃切成10mm×20mm的小块，然后称取一定质量的氢氧化钾，加入适量的异丙醇配制成2molL-1氢氧化钾的异丙醇溶液，将前面切好的FTO导电玻璃放入溶液中，在回流的条件下煮沸二十分钟，然后取出分别在去离子水、丙酮及乙醇中超声两次，每次十五分钟，取出后在干燥箱中110℃干燥20分钟，取出备用。(2)氧化铟锡薄膜的制备:使用旋涂的方法把氧化铟锡旋涂液覆盖在FTO导电玻璃上，制备出FTO/ITO薄膜电极。(3)合成和沉积硫化铅在氧化铟锡薄膜上:硫化铅沉积在氧化铟锡表面是通过采用离子交替吸附(SILAR)的方法，将制备好的氧化铟锡覆盖的FTO玻璃依次浸入10mmolL-1Lcy-Pb2+水溶液和10mmolL-1S2-水溶液中，每次浸泡五分钟，然后取出水洗，依次循环几次既可以得到硫化铅敏化的氧化铟锡电极，通过循环的次数来调控PbS层的厚度，最后在室温下干燥，即制备出FTO/ITO/PbS电极。将制备好的氧化铟锡和硫化铅敏化氧化铟锡电极进行Uv-vis吸收光谱测定(如图1所示)、扫描电子显微镜(SEM)(如图2所示)、X射线光电子能谱(XPS)(如图3所示)。根据图1可知吸附上硫化铅的光电阴极在可见光就有良好的吸收性能，根据图2可知吸附前后电镜图片存在明显的差异，进一步证明的在氧化铟锡表面沉积上了硫化铅，根据图3更进一步的证明了硫化铅的成功沉积在氧化铟锡表面。实施例2：水溶液中Lcy-Pb2+和S2-浓度对光电阴极材料的影响(1)导电基质FTO玻璃的清洗:首先将大块的FTO玻璃切成10mm×20mm的小块，然后称取一定质量的氢氧化钾，加入适量的异丙醇配制成2molL-1氢氧化钾的异丙醇溶液，将前面切好的FTO导电玻璃放入溶液中，在回流的条件下煮沸二十分钟，然后取出分别在去离子水、丙酮及乙醇中超声两次，每次十五分钟，取出后在干燥箱中110℃干燥20分钟，取出备用。(2)氧化铟锡薄膜的制备:使用旋涂的方法把氧化铟锡旋涂液覆盖在FTO导电玻璃上，制备出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极，其特征在于，所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极是由导电基质FTO玻璃、氧化铟锡和硫化铅组成的。

【技术特征摘要】
2018.01.10 CN 20181002265761.一种硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极，其特征在于，所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极是由导电基质FTO玻璃、氧化铟锡和硫化铅组成的。2.根据权利要求1所述的硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极，其特征在于，所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极是以由导电基质FTO玻璃为载体，氧化铟锡附着在导电基质FTO玻璃表面，硫化铅附着在氧化铟锡外层。3.权利要求1或2所述硫化铅敏化的氧化铟锡光电阴极的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：(1)导电基质FTO玻璃的清洗；(2)氧化铟锡薄膜的制备；(3)合成和沉积硫化铅在氧化铟锡薄膜上。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中导电基质FTO玻璃的清洗方法：将FTO玻璃放入氢氧化钾的异丙醇溶液中，在回流的条件下煮沸20-50分钟，随后取出分别在去离子水、丙酮及乙醇中超声多次，取出后在干燥箱中90-120℃干燥10-40分钟，取出备用。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(2)氧化铟锡薄膜的制备方法为：使用旋涂的方法把氧化铟锡旋涂液覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玉明，夏世彬，王光丽，蒋平平，赵爽，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32