一种具有低起始电位的光阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种如式CdS

【技术实现步骤摘要】
一种具有低起始电位的光阳极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种具有低起始电位的光阳极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电化学(PEC)制氢提供了一种利用太阳能直接生产清洁且可持续太阳能燃料的方法。但是，PEC制氢中阳极光电流过高的起始电位(V
onset
)不利于对太阳能的有效利用。光电极的高起始电位主要受半导体的低光电压(V
ph
)和电极表面上氧化还原反应缓慢的动力学影响；这两个因素的存在导致在实验中观察到的平带电位(V
fb
)和光电极的起始电位之间存在很大差值，而此差值与光阳极反应的过电位有关。因此，开发一种具有低起始电位的光阳极有利于太阳能的高效利用。
[0003]在Fujishima和Honda开创性的有关光电化学水分解的工作之后，研究人员已将许多半导体材料用于PEC催化。尽管目前许多工作致力于扩大光电极的光吸收范围以实现更有效地太阳能利用，但是受光生载流子分离和反应效率过低以及光电压过低的影响，诸多半导体催化剂的起始电位较高，这就限制了PEC制氢的光电流和能量转换效率的进一步提高。
[0004]促使光阳极材料起始电位负移的有效策略可分为两类：一类是通过负载助催化剂来降低阳极反应的过电位；另一种是通过负载其他半导体材料或使用其他调控能带结构的方法来提高光电极的光电压。
[0005]CdX(X＝S、Se、Te)半导体材料的带隙范围为1.4-2.4eV，其具有优异的光吸收能力和高吸收系数(α，105cm-1
)。此外，不同的镉基硫族化合物可以形成合金，使得镉基硫族化合物成为非常有潜力的高效PEC催化剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题在于提供一种具有低起始电位的光阳极材料，该材料可实现对光阳极的平带电位和光电压的精确控制，最终提高了光电极的能量转换效率。
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的具有低起始电位的光阳极材料，由CdSe
1-z
Te
z
@CdS核壳纳米线制备得到；
[0008]CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
ꢀꢀꢀ
(Ⅰ)；
[0009]其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1，0＜z＜1；
[0010]所述核壳纳米线中CdSe
1-z
Te
z
与CdS的物质的量比可以取任意值。
[0011]优选的，所述z的范围为0.06～0.50。
[0012]本申请还提供了所述的光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A)将CdSe
1-z
Te
z
纳米线分散于镉源和硫源的溶液中，水热反应后得到CdSe
1-z
Te
z
@CdS核/壳纳米线；
[0014]B)将所述CdSe
1-z
Te
z
@CdS核/壳纳米线进行高温退火，得到CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
合金纳米
线；
[0015]其中，0＜z＜1；0＜x＜1；0＜y＜1；0＜x+y＜1；0＜z＜1；
[0016]所述核壳纳米线中CdSe
1-z
Te
z
与CdS的物质的量比可以取任意值。
[0017]优选的，所述CdSe
1-z
Te
z
纳米线的制备方法具体为：
[0018]将Te
m
Se
n
@Se
1-m-n
纳米线与镉源在水溶液中混合加热，反应后得到CdSe
1-z
Te
z
纳米线；
[0019]所述镉源选自氯化镉、四水合硝酸镉与乙酸镉中的一种或多种；
[0020]其中，0＜m＜1，0＜n＜1，0＜m+n＜1，0＜z＜1。
[0021]优选的，所述镉源选自氯化镉、四水合硝酸镉与乙酸镉中的一种或多种，所述硫源选自硫粉、硫脲与硫化钠中的一种或多种。
[0022]优选的，所述水热反应的温度为100～200℃，升温速率为1～10℃/min，时间为5～20h。
[0023]优选的，所述高温退火的温度为400～600℃，升温速率为1～10℃/min，时间为1～10h。
[0024]本申请提供了具有低起始电位的光阳极材料，其由CdSe
1-z
Te
z
@CdS核壳纳米线制备得到，本申请提供的光阳极材料通过调整CdSe
1-z
Te
z
与CdS的比例可以实现能带结构的调整，进而实现了对光阳极的平带电位和光电压的精确控制，最终使阳极光电流的起始电位负移，且提高了光电极的能量转换效率。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的Te
m
Se
n
@Se
1-m-n
纳米线透射电子显微镜图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的CdSe
0.8
Te
0.2
(CST)纳米线TEM图像；
[0027]图3为本专利技术实施例2制备的CdSe
0.8
Te
0.2
@CdS(CST@CS)核/壳纳米线的TEM图像；
[0028]图4为本专利技术实施例2制备的CdSe
0.8
Te
0.2
@CdS(CST@CS)核/壳纳米线的粉末X射线图谱；
[0029]图5为本专利技术实施例1制备的CdSe
0.8
Te
0.2
(CST)纳米线的高分辨透射电子显微镜图像和EDS元素面分布图像；
[0030]图6为本专利技术实施例2制备的CST@CS-1.0纳米线的高分辨透射电子显微镜图像和EDS元素面分布图像；
[0031]图7为本专利技术实施例3制备的CdSe
0.8
Te
0.2
(CST)纳米线和CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
合金纳米线的SEM图像；
[0032]图8为本专利技术实施例3制备的CdSe
0.8
Te
0.2
(CST)纳米线和CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
合金纳米线的粉末X射线图谱；
[0033]图9为本专利技术实施例3制备的CdS
0.82
Se
0.15
Te
0.03
合金纳米线的高分辨透射电子显微镜图像和EDS元素面分布图像；
[0034]图10为本专利技术实施例3制备的CdSe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种如式(Ⅰ)所示的具有低起始电位的光阳极材料，由CdSe
1-z
Te
z
@CdS核壳纳米线制备得到；CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅰ)；其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1，0＜z＜1；所述核壳纳米线中CdSe
1-z
Te
z
与CdS的物质的量比可以取任意值。2.根据权利要求1所述的光阳极材料，其特征在于，所述z的范围为0.06～0.50。3.权利要求1所述的光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将CdSe
1-z
Te
z
纳米线分散于镉源和硫源的溶液中，水热反应后得到CdSe
1-z
Te
z
@CdS核/壳纳米线；B)将所述CdSe
1-z
Te
z
@CdS核/壳纳米线进行高温退火，得到CdS
x
Se
y
Te
1-x-y
合金纳米线；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，刘国强，阳缘，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：