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，用于提高氧化亚铜光阴极的光电化学稳定性。其中，所述光阴极制备方法包括：制备Cu2O/Ni(OH)2复合结构的生长基底；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液；在所述生长基底上生长Cu2O；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液；将生长有Cu2O的生长基底放置在所述Ni(OH)2的生长液中，生长出Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光阴极。上述光阴极制备方法适用于光电化学电池中。

A Photocathode Preparation Method, Photocathode and Photoelectrochemical Cell

The 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 photochemistry stability of cuprous oxide photocathode. The photocathode preparation method includes: preparing the growth substrate of the Cu2O/Ni(OH)2 composite structure; configuring the growth solution of Cu2O in the Cu2O/Ni(OH)2 composite structure; growing Cu2O on the growth substrate; configuring the growth solution of Ni(OH)2 in the Cu2O/Ni(OH)2 composite structure; placing the growth substrate of Cu2O in the growth solution of the Ni(OH)2, and growing the Cu2O/Ni(OH)2 composite. Structural photocathode. The photocathode preparation method is suitable for Photoelectrochemical cells.

【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，是本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池，用于提高氧化亚铜光阴极的光电化学稳定性。本专利技术一方面提供一种光阴极制备方法，所述光阴极制备方法包括：制备Cu2O/Ni(OH)2复合结构的生长基底；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液；在所述生长基底上生长Cu2O；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液；将生长有Cu2O的生长基底放置在所述Ni(OH)2的生长液中，生长出Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光阴极。可选的，所述配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液包括：将0.1mol/L的CuSO4溶液与等体积的3mol/L乳酸水溶液混合，制备出乳酸合铜络离子混合液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述乳酸合铜络离子混合液中，使所述乳酸合铜络离子混合液的pH为12，制备出Cu2O的生长液。可选的，所述配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液包括：将20mL的0.8mol/L的硫酸镍水溶液与20mL的1.6mol/L的氢氧化钠水溶液混合，制备出Ni(OH)2的生长液。可选的，所述制备Cu2O/Ni(OH)2复合结构的生长基底包括：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，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5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5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5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5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％。可选的，所述将生长有Cu2O的生长基底放置在所述Ni(OH)2的生长液中包括：将所述生长基底生长有Cu2O的一面向下倾斜并浸入至所述Ni(OH)2的生长液中。本专利技术另一方面还提供一种光阴极，所述光阴极由本专利技术前一方面所述的光阴极制备方法制备出。本专利技术另一方面还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由本专利技术前一方面所述的光阴极制备方法制备出的光阴极。上述技术方案中的任一技术方案具有如下有益效果：本专利技术实施例中，通过构建Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光阴极，在Cu2O结构中在表面沉积了Ni(OH)2，由于Ni2+/Ni的电位(-0.23Vvs.NHE)低于Cu2O的导带位置，光生电子流向Ni(OH)2，将Ni2+还原成Ni0原子，形成金属Ni颗粒。金属Ni颗粒起到析氢催化剂的作用，通过自身价态的转变(从Ni0到Ni2+)将电子传递给H+，生成H2，从而提高了Cu2O/Ni(OH)2复合结构光阴极的光转氢效率。另外，附着在Cu2O薄膜表面的Ni(OH)2纳米片抑制了Cu单质的生长，从而提高了光阴极的抗光腐蚀能力。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。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光阴极制备方法另一种框图；图3为本专利技术实施例所提供的光阴极制备方法另一种框图；图4为本专利技术实施例所提供的Cu2O/Ni(OH)2复合结构的一种SEM图片；图5为本专利技术实施例所提供的Cu2O/Ni(OH)2复合结构的另一种SEM图片；图6为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/Ni(OH)2复合结构的J-V曲线；图7为本专利技术实施例所提供的Cu2O光阴极和Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光转氢效率和偏压的关系曲线。【具体实施方式】为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，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。应当理解，尽管在本专利技术实施例中可能采用术语第一、第二等来描述非显示区，但这些非显示区不应限于这些术语。这些术语仅用来将非显示区彼此区分开。例如，在不脱离本专利技术实施例范围的情况下，第一非显示区也可以被称为第二非显示区，类似地，第二非显示区也可以被称为第一非显示区。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”。在详细的阐述本实施例的技术方案之前，对本技术方案涉及光电化学电池的工作原理以及技术脉络进行简单介绍：氢是一种热值很高的清洁能源，其完全燃烧的产物--水不会给环境带来任何污染，而且放热量是相同质量汽油的2.7倍。因而开发低能耗高效的氢气生产方法，已成为国内外众多科学家共同关注的问题。但是，大规模、低成本的生产、储存、运输氢气已经遇到了很大困难。目前获取氢气的方法主要是热裂解石油气，这种方法耗能高、污染大。另外，常温常压下储存高质量密度的氢气仍非常困难。与传统的以汽油为燃料的内燃机相比，燃料电池的价格仍过高。尽管面临着种种挑战，氢气作为一种清洁能源，在生产、储存、应用等方面仍持续受到关注。在产氢方面，发展低成本的材料和技术是至关重要的。利用太阳光催化分解水制氢技术，可以将低密度的太阳能转化为可存储的氢能，是解决能源紧缺问题的重要途径之一。开发利用可再生清洁能源是缓解能源本文档来自技高网...

【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/Ni(OH)2复合结构的生长基底；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液；在所述生长基底上生长Cu2O；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液；将生长有Cu2O的生长基底放置在所述Ni(OH)2的生长液中，生长出Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光阴极。

【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/Ni(OH)2复合结构的生长基底；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液；在所述生长基底上生长Cu2O；配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液；将生长有Cu2O的生长基底放置在所述Ni(OH)2的生长液中，生长出Cu2O/Ni(OH)2复合结构的光阴极。2.根据权利要求1所述的光阴极制备方法，其特征在于，所述配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Cu2O的生长液包括：将0.1mol/L的CuSO4溶液与等体积的3mol/L乳酸水溶液混合，制备出乳酸合铜络离子混合液；将4mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至所述乳酸合铜络离子混合液中，使所述乳酸合铜络离子混合液的pH为12，制备出Cu2O的生长液。3.根据权利要求1所述的光阴极制备方法，其特征在于，所述配置所述Cu2O/Ni(OH)2复合结构中Ni(OH)2的生长液包括：将20mL的0.8mol/L的硫酸镍水溶液与20mL的1.6mol/L的氢氧化钠水溶液混合，制备出Ni(OH)2的生长液。4.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/Ni(OH)2复合结构的生长基底包括：将FTO玻璃切成规格为10mm×15...

【专利技术属性】
技术研发人员：白智明，李晓彤，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