一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池技术

本发明专利技术公开了一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池，包括一种近红外量子点敏化的光阳极制备方法，合成步骤为：合成量子点CuInSeS；合成核壳量子点CuInSeS@ZnS；合成近红外量子点CuInSeS@ZnS敏化的钒酸铋光阳极；还包括一种近红外量子点敏化的光阳极和该光阳极的电池。采用具有可见光响应的钒酸铋光阳极去替换常见的紫外响应的二氧化钛光阳极，解决了传统二氧化钛光阳极对可见光吸收弱，以及现有的光电化学电池低活性、低稳定性、高毒性、电解液强碱性以及消耗牺牲剂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池
本专利技术属于电池
，具体涉及一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池。
技术介绍
光电化学电池技术是一种直接利用光能，并将光能转化为化学能的新型电池技术，通常由具备光活性的光电极、电解液以及电路组成，具有结构简单，效率高，成本低等特点。相较于采用光伏发电再电解水制氢的技术，具备器件制备成本更低的优势。目前，光电化学电池制氢技术还未大规模投入实际应用，由于光电极材料的活性和稳定性偏低；电解液通常为强碱性，并且需要额外加入大量牺牲剂消耗光生空穴；光电极面积目前大部分仅为0.1～10cm2，远低于光伏电板的工作面积，限制了该技术的实际应用。因此，采用新型光电化学电池技术制备光电化学电池对拓展光电化学电池
，满足社会生产及生活需要具有重要意义。目前，由于量子点具有能带结构可调、光谱宽吸收等特点被广泛应用于光电化学电池，但是大部分量子点含有铅、镉等有毒重金属，而近年来，国内外大力推行绿色环保的经济发展理念，限制了这类技术的进一步发展。因此，需要一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池以解决上述技术问题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种近红外量子点敏化的光阳极及其制备方法以及包括该光阳极的电池，以解决传统二氧化钛光阳极对可见光吸收弱和现有的光电化学电池低活性、低稳定性、高毒性、电解液强碱性以及消耗牺牲剂的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种近红外量子点敏化的光阳极制备方法，包括以下步骤：S1：将碘化亚铜和乙酸铟共溶于混合溶液一中，得铜铟溶液；将硒粉溶于混合溶液二，得硒溶液；混合溶液一由十二硫醇和油胺按5：0.5～2的体积比混合而成，混合溶液二由十二硫醇和油胺按1：2～4的体积比混合而成；S2：将硒溶液滴加到加热至200～220℃的铜铟溶液中，保温反应8～15min，然后升温至230～240℃，保温反应15～25min，得量子点CuInSeS溶液；S3：将油酸和乙酸锌共溶于十八烯中，得油酸锌溶液；将量子点CuInSeS溶液滴加到加热至150～180℃的油酸锌溶液中，保温反应15～25min，得核壳量子点CuInSeS@ZnS；S4：以钒酸铋电极为工作电极、空白的FTO玻璃为对电极、核壳量子点CuInSeS@ZnS的甲苯溶液为沉积液构建电泳装置，在180～220V电压下沉积1.5～3h，得近红外量子点CuInSeS@ZnS敏化的光阳极。进一步，铜铟溶液中碘化亚铜的浓度为0.1～0.2mmol/ml，铜铟溶液中乙酸铟的浓度为0.1～0.2mmol/ml；硒溶液中硒的浓度为0.8～1.2mmol/ml。进一步，混合溶液一中十二硫醇和油胺的体积比为5：1；混合溶液二中十二硫醇和油胺的体积比为1：3。进一步，S2中将硒溶液滴加至温度为210℃的铜铟溶液中，保温反应10min，然后升温至235℃，保温反应20min，得量子点CuInSeS溶液；硒溶液与铜铟溶液的体积比为1:2～4。进一步，油酸锌溶液中乙酸锌的浓度为0.02～0.03g/ml；油酸浓度为0.08～0.10g/ml。进一步，S3中将量子点CuInSeS溶液滴加到加热至160℃的油酸锌溶液中，保温反应20min，得核壳量子点CuInSeS@ZnS；量子点CuInSeS溶液与油酸锌溶液的体积比为1:8～10。进一步，钒酸铋电极中的钒酸铋经过以下步骤制得：S1：以FTO玻璃为沉积电极、含有3mol/L氯化钾的Ag/AgCl电极为参比电极、碘化钾/硝酸铋/对苯醌的混合溶液为电解液构建电化学沉积装置，然后相对3mol/L氯化钾的Ag/AgCl参比电极给沉积电极施加-0.1V的电压，沉积280～320s，得碘氧化铋；所述电解液的pH为1.7，其中碘化钾的浓度为0.27～0.29mol/L，硝酸铋的浓度为0.27～0.29mol/L，对苯醌的浓度为0.05～0.07mol/L；S2：将乙酰丙酮氧钒溶于有机溶剂中配浓度为0.2mol/L的溶液；然后将所得溶液涂覆于碘氧化铋表面，再以2℃/min的升温速率加热至430～460℃，保温1～3h，随后自然冷却并洗涤，即得钒酸铋。此外，本专利技术还提供一种近红外量子点敏化的光阳极。所得光阳极作为电化学电池的阳极具有明显的性能优势，对光能的吸收效率相较于传统光阳极结构所制备的光电化学电池有了极大的提高。此外，本专利技术还提供一种光电化学电池，包括光阳极，铂对电极，参比电极和电解液；光阳极为采用上述方法制备得到的近红外量子点敏化的光阳极；参比电极为3mol/L氯化钾的Ag/AgCl参比电极；电解液为硼酸钾溶液，pH值为8.8～9.2。相比于其他量子点敏化光电化学电池的pH值(一般为12.5)更低，降低了碱的消耗，同时降低了对电池设备对抗碱性的要求。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法简单，容易操作；采用本专利技术的制备方法进行近红外响应的光阳极的制备得到了光阳极结构，第一次使用钒酸铋作为敏化电极，替换了以往的二氧化钛电极，使用该光阳极结构所制备的光电化学电池不含有任何有毒重金属如铅镉等，不用添加任何牺牲剂如亚硫酸钠等，并且该电解液为硼酸钾溶液，其pH值仅为8.8～9.2，避免使用基于量子点光电化学电池常见使用的含有空穴牺牲剂亚硫酸钠以及强碱性的高浓度硫化钠溶液，还增强了对可见光的吸收利用。附图说明图1为一种近红外响应的光阳极的结构示意图；图2为一种近红外响应的光阳极的电镜扫描图；图3为一种近红外响应的光电化学电池工作状态图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例1：一种光电化学电池，其经过以下步骤制得：S1：碘氧化铋的制备。首先，配制50.0mL含有的碘化钾以及硝酸铋的电化学沉积液，其中碘化钾和硝酸铋的浓度均为0.4mol/L；向配制完成的电化学沉积液中加入硝酸溶液调pH值为1.7；然后，加入20mL浓度为0.23mol/L的对苯醌水溶液于已调节好pH的电化学沉积液中，并且搅拌20分钟；最后，以FTO导电玻璃为工作电极，铂片电极为对电极，含有3mol/L氯化钾的Ag/AgCl电极为参比电极；采用相对3mol/L氯化钾的Ag/AgCl参比电极给电化学沉积电极施加-0.1V的电压进行电化学沉积，该三电极电化学沉积方法是在1.0cm×2.0cm的FTO导电玻璃上沉积1.0cm×1.0cm的碘氧化铋，沉积时间为300秒，制备得到碘氧化铋。S2：碘氧化铋转化为钒酸铋。首先，配制含有0.2mol/L乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，并用移液枪在碘氧化铋上滴加100μL配制的二甲基亚砜溶液；然后，将滴加完成的碘氧化铋在马弗炉里面以2℃/min的升温速率加热至450℃，维持2个小时，然后自然冷却，得到含有钒酸铋以及五氧化二钒的混合物，将该混合物放于1mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡30分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外量子点敏化的光阳极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将碘化亚铜和乙酸铟共溶于混合溶液一中，得铜铟溶液；将硒粉溶于混合溶液二，得硒溶液；所述混合溶液一由十二硫醇和油胺按5：0.5～2的体积比混合而成，所述混合溶液二由十二硫醇和油胺按1：2～4的体积比混合而成；/nS2：将硒溶液滴加到加热至200～220℃的铜铟溶液中，保温反应8～15min，然后升温至230～240℃，保温反应15～25min，得量子点CuInSeS溶液；/nS3：将油酸和乙酸锌共溶于十八烯中，得油酸锌溶液；将量子点CuInSeS溶液滴加到加热至150～180℃的油酸锌溶液中，保温反应15～25min，得核壳量子点CuInSeS@ZnS；/nS4：以钒酸铋电极为工作电极、空白的FTO玻璃为对电极、核壳量子点CuInSeS@ZnS的甲苯溶液为沉积液构建电泳装置，在180～220V电压下沉积1.5～3h，得近红外量子点CuInSeS@ZnS敏化的光阳极。/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外量子点敏化的光阳极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将碘化亚铜和乙酸铟共溶于混合溶液一中，得铜铟溶液；将硒粉溶于混合溶液二，得硒溶液；所述混合溶液一由十二硫醇和油胺按5：0.5～2的体积比混合而成，所述混合溶液二由十二硫醇和油胺按1：2～4的体积比混合而成；
S2：将硒溶液滴加到加热至200～220℃的铜铟溶液中，保温反应8～15min，然后升温至230～240℃，保温反应15～25min，得量子点CuInSeS溶液；
S3：将油酸和乙酸锌共溶于十八烯中，得油酸锌溶液；将量子点CuInSeS溶液滴加到加热至150～180℃的油酸锌溶液中，保温反应15～25min，得核壳量子点CuInSeS@ZnS；
S4：以钒酸铋电极为工作电极、空白的FTO玻璃为对电极、核壳量子点CuInSeS@ZnS的甲苯溶液为沉积液构建电泳装置，在180～220V电压下沉积1.5～3h，得近红外量子点CuInSeS@ZnS敏化的光阳极。


2.根据权利要求1所述的近红外量子点敏化的光阳极制备方法，其特征在于：所述铜铟溶液中碘化亚铜的浓度为0.1～0.2mmol/ml，所述铜铟溶液中乙酸铟的浓度为0.1～0.2mmol/ml；所述硒溶液中硒的浓度为0.8～1.2mmol/ml。


3.根据权利要求1所述的近红外量子点敏化的光阳极制备方法，其特征在于：所述混合溶液一中十二硫醇和油胺的体积比为5：1；所述混合溶液二中十二硫醇和油胺的体积比为1：3。


4.根据权利要求1所述的近红外量子点敏化的光阳极制备方法，其特征在于：S2中将硒溶液滴加至温度为210℃的铜铟溶液中，保温反应10min，然后升温至235℃，保温反应20min，得量子点CuInSeS溶液；硒溶液与所述铜铟溶液的体积比为1:2～4。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：童鑫，蔡孟珂，王志明，李鑫，赵宏洋，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：浙江;33