一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池技术

本发明专利技术实施例提供一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池，涉及光电化学技术领域，用于提高Cu2O光阴极的光生电子传输能力，增强Cu2O的抗光腐蚀能力。其中，光阴极制备方法包括：制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底；将7.491g的CuSO4和27ml的乳酸加入100ml去离子水中，充分溶解，制备出第一溶液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述第一溶液中，使所述第一溶液的PH为12，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的前驱液；取出9ml所述前驱液并加入1mg/ml的石墨烯水溶液，充分溶解，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的生长液；利用所述生长液生成出Cu2O/石墨烯混合膜，所述Cu2O/石墨烯混合膜为所述光阴极。

A Photocathode Preparation Method, Photocathode and Photoelectrochemical Cell

The embodiment of the present invention provides a photocathode preparation method, a photocathode and a photochemistry battery thereof, which relates to the field of photochemistry technology, and is used to improve the photoelectron transmission capability of the Cu2O photocathode and enhance the photocorrosion resistance of the Cu2O photocathode. The photocathode preparation method includes: preparing the growth substrate of Cu2O/graphene mixed film; adding 7.491 g of CuSO4 and 27 ml of lactic acid into 100 ml deionized water to fully dissolve and prepare the first solution; dropping 4 mol/L of NaOH solution into the first solution, making the PH of the first solution 12, to prepare the precursor of the Cu2O/graphene mixed film; and extracting 9 ml of the precursor solution. The precursor solution is added with graphene aqueous solution of 1 mg/ml to fully dissolve, and the growth solution of the Cu2O/graphene mixed film is prepared. The Cu2O/graphene mixed film is formed by using the growth solution, and the Cu2O/graphene mixed film is the photocathode.

【技术实现步骤摘要】
一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池
本专利技术涉及光电化学
，尤其涉及一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池。
技术介绍
目前，化石燃料是人类能源的主要来源，随着人类对能源的需求不断增加，化石燃料的储量逐渐枯竭，迫切需要新的替代能源。氢气的热值高，而且清洁环保，利用太阳光分解水制氢技术是人类解决能源问题的理想途径之一。光电化学电池利用光电极吸收太阳光，在内部激发出光生电子空穴对，光生电子在光阴极表面还原水中的质子产生氢气，而光生空穴在光阳极表面氧化水生成氧气，从而将太阳能转化为氢能。因此，如何提高氧化亚铜光阴极的光电化学稳定性，是本领域厄待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池，用于提高Cu2O光阴极的水还原能力和耐光腐蚀能力，并且提高Cu2O光阴极的光生载流子传输能力。本专利技术一方面提供一种光阴极制备方法，该光阴极制备方法包括：制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底；将7.491g的CuSO4和27ml的乳酸加入100ml去离子水中，充分溶解，制备出第一溶液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述第一溶液中，使所述第一溶液的PH为12，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的前驱液；取出9ml所述前驱液并加入1mg/ml的石墨烯水溶液，充分溶解，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的生长液；利用所述生长液生成出Cu2O/石墨烯混合膜，所述Cu2O/石墨烯混合膜为所述光阴极。可选的，所述制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底的方法包括：将FTO玻璃切成规格为10mm×15mm的小片，每一个小片作为一个所述生成基底。可选的，所述光阴极制备方法还包括：清洗所述生长基底。可选的，所述清洗所述生长基底的方法包括：将所述生长基底浸泡在去离子水中，超声清洗15分钟；将浸泡在所述去离子水中的所述生长基底取出，浸泡在丙酮溶液中，超声清洗15分钟；将浸泡在所述丙酮溶液中的所述生长基底取出，浸泡在乙醇溶液中，超声清洗15分钟；将浸泡在所述乙醇溶液中的所述生长基底取出，浸泡在异丙醇溶液中，超声清洗15分钟。可选的，用于超声清洗的所述去离子水、所述丙酮溶液、所述乙醇溶液和所述异丙醇溶液的浓度均为100％。本专利技术另一方面提供一种光阴极，所述光阴极包括利用上述光阴极制备方法制备出的光阴极。本专利技术另一方面提供一种光电化学电池，所述光电化学电池包括光阴极、对电极和电解液，所述光电化学电池所包括的光阴极为利用上述光阴极制备方法制备出的光阴极。本专利技术任一方面任一技术特征均具有如下技术效果：本实施例中，通过构建Cu2O/石墨烯混合膜的光阴极，在Cu2O结构中混合了石墨烯，使得光生电子通过石墨烯构建的三维网络快速通道传出至界面参与析氢反应，提高了光转氢效率；由于增大了Cu2O内部光生电子的扩散距离，延长了光生电子的寿命，提高了Cu2O的光生电子传输能力，进一步的，降低了Cu2O内部的光生电子被还原成一价铜离子的可能性，改善了Cu2O的抗光腐蚀能力；另外，避免了其在Cu2O内部的光生电子与光生空穴复合，提高了光电流。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的光阴极制备方法一种框图；图2为本专利技术实施例所提供的Cu2O/石墨烯混合膜的一种SEM图片；图3为本专利技术实施例所提供的Cu2O/石墨烯混合膜的另一种SEM图片；图4为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/石墨烯混合膜的J-V曲线；图5为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/石墨烯混合膜的光电转换效率和偏压的关系曲线；图6为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/石墨烯混合膜的光电流密度-时间曲线；图7为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/石墨烯混合膜的一种电化学交流阻抗谱；图8为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/石墨烯混合膜的光另一种电化学交流阻抗谱。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。需要注意的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。在详细的介绍本技术方案之前，对本技术方案涉及到的技术脉络进行简单介绍：H2的热值是汽油的2.7倍，其燃烧产物是水蒸气，非常清洁环保。而且，氢能作为一种化学燃料，具有可移动性，与依靠电网传输的电能相比，氢能的使用更具灵活性。目前，氢气的获取方法主要是热裂解化石燃料，这种方法不但耗能高，而且污染很大。大规模、低成本的生产、储存、运输氢气仍然存在很多困难。氢能的使用方式，主要是通过燃料电池，释放氢气里的化学能，并将其转化为电能。与传统的以汽油为燃料的内燃机相比，燃料电池技术还尚未成熟，其价格仍过高。尽管面临着种种挑战，氢气做为一种清洁能源，在生产、储存、应用等方面仍持续受到关注。进一步的，在产氢方面，发展低成本的产氢材料和技术是至关重要的。在1972年，Fujishima和Honda两位日本科学家发现，二氧化钛光阳极在紫外光辐照下，可以将水直接分解成氢气和氧气。该实验表明，这种以半导体材料为光电极的光电化学电池可以像绿色植物一样，实现太阳能到化学能的转换。光电化学电池通常包含电解液、对电极和光阳极三个部分，当入射光子的能超过半导体禁带宽度时，半导体内部激发出光生电子空穴对，电子通过外电路被导入到光阴极，与水中的质子发生反应产生氢气，而光生空穴与溶液中的氢氧根反应，生成氧气和水。在理想情况下，光子能量只要大于1.23eV就能分解水，但是在水分解反应过程中存在许多热力学和动力学的非理想情况，所以需要的实际能量要大得多。目前，Cu2O作为一种较理想的光阴极材料，其带隙宽度窄，可以充分利用太阳光，并且导带位置远高于氢气的氧化还原电位，利于产氢反应的进行。但是，其内部产生的光生电子容易与光生空穴发生复合而被消耗掉，并且其迁移率低、寿命短，不利于光生电子迁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光阴极制备方法，其特征在于，包括：制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底；将7.491g的CuSO4和27ml的乳酸加入100ml去离子水中，充分溶解，制备出第一溶液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述第一溶液中，使所述第一溶液的PH为12，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的前驱液；取出9ml所述前驱液并加入1mg/ml的石墨烯水溶液，充分溶解，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的生长液；利用所述生长液生成出Cu2O/石墨烯混合膜，所述Cu2O/石墨烯混合膜为所述光阴极。

【技术特征摘要】
1.一种光阴极制备方法，其特征在于，包括：制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底；将7.491g的CuSO4和27ml的乳酸加入100ml去离子水中，充分溶解，制备出第一溶液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述第一溶液中，使所述第一溶液的PH为12，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的前驱液；取出9ml所述前驱液并加入1mg/ml的石墨烯水溶液，充分溶解，制备出所述Cu2O/石墨烯混合膜的生长液；利用所述生长液生成出Cu2O/石墨烯混合膜，所述Cu2O/石墨烯混合膜为所述光阴极。2.根据权利要求1所述的光阴极制备方法，其特征在于，所述制备Cu2O/石墨烯混合膜的生长基底的方法包括：将FTO玻璃切成规格为10mm×15mm的小片，每一个小片作为一个所述生成基底。3.根据权利要求1所述的光阴极制备方法，其特征在于，还包括：清洗所述生长基底。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：白智明，刘佳，张英华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11