一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法，所述钛同源半导体异质结光阳极包括导电基底以及生长在导电基底上的二氧化钛纳米棒阵列，所述二氧化钛纳米棒阵列上修饰有非金属掺杂相的二氧化钛纳米片，形成钛同源异质结，所述制备方法包括：在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列；将二氧化钛纳米棒阵列高温退火处理；用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液对得到的二氧化钛纳米棒阵列进行表面修饰，使二氧化钛纳米棒阵列形成钛同源异质结，得到基于二氧化钛的纳米异质结；将基于二氧化钛的纳米异质结高温退火，获得钛同源半导体异质结光阳极。本发明专利技术提供的制备方法，通过构建异质结，解决了二氧化钛光阳极水分解能力低的问题。力低的问题。力低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为解决化石燃料带来的环境和污染问题最有前景的清洁能源受到了广泛关注，而在各种制氢方法中，光电化学水分解被认为是一种优良的制氢技术。光电分解水制氢在不同的催化剂的作用下性能会有所不同，所以要得到高纯度高效率的氢能源就需要高效的光电催化剂材料。其中二氧化钛由于成本低、无毒、化学稳定性和光学稳定性良好，是一种具有前景的光电催化剂。但其较宽的禁带宽度、较差的捕光能力和较慢的表面水氧化动力学使其难以到达理论的性能峰值，前已有多种策略来改善二氧化钛的光电催化性能，如元素掺杂、晶面修饰、异质结构建等。
[0003]FTO玻璃具有高的物理与化学稳定性、良好的导电性以及多种优良的电化学性能。而纳米棒阵列结构具有高比表面积，可以在电解水中提供更多的活性位点，从而实现更加高效的催化转化过程。但由于所制备的二氧化钛材料本身在催化效率及表面反应活性上仍存在一定的不足，制备形成的光阳极电荷传输转移能力不够强，因此需要进行适当的表面改性使其表面产生更多的活性位点同时提高其表面电荷传输转移，进而提高二氧化钛催化全分解水效率。
[0004]在多种材料表面改性手段中，构建异质结从而改善其电化学性质是十分高效、便捷的处理方法，同样也是提高二氧化钛催化性能的有效策略。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法，以解决现有的二氧化钛光阳极水分解能力低的问题。
[0006]为了解决以上问题，本专利技术首先提供了一种钛同源半导体异质结光阳极，所述钛同源半导体异质结光阳极包括导电基底以及生长在导电基底上的二氧化钛纳米棒阵列，所述二氧化钛纳米棒阵列上修饰有非金属掺杂相的二氧化钛纳米片，所述二氧化钛纳米棒阵列与所述非金属掺杂相的二氧化钛纳米片形成钛同源异质结。
[0007]优选地，所述非金属掺杂相的二氧化钛纳米片为氮掺杂二氧化钛纳米片。
[0008]本专利技术还提供了一种如上述所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列；
[0010]S2、将步骤S1中得到的二氧化钛纳米棒阵列进行高温退火处理；
[0011]S3、使用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片制备非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液；
[0012]S4、使用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液对步骤S2中得到的二氧化钛纳米
棒阵列进行表面修饰，使二氧化钛纳米棒阵列形成钛同源异质结，得到基于二氧化钛的纳米异质结；
[0013]S5、将基于二氧化钛的纳米异质结进行高温退火处理，获得钛同源半导体异质结光阳极。
[0014]优选地，所述步骤S1中在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列包括：将导电基底置于超声处理后的异丙氧钛(IV)和稀盐酸的混合溶液中，高温处理含有导电基底的异丙氧钛(IV)和稀盐酸的混合溶液，以在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列。
[0015]优选地，所述异丙氧钛(IV)与所述稀盐酸的体积比为1:50～80。
[0016]优选地，所述稀盐酸的质量分数为18％～19％。
[0017]优选地，高温处理含有导电基底的异丙氧钛(IV)和稀盐酸的混合溶液的温度为230℃～300℃，处理时间为2h～4h。
[0018]优选地，所述步骤S2中对二氧化钛纳米棒阵列进行高温退火处理的温度为300℃～500℃，处理时间为1h～3h。
[0019]优选地，所述步骤S3中非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液的制备包括：在氨气氛围中，高温煅烧钛酸铯(Cs
0.68
Ti
1.83
O4)粉末，得到氮掺杂的Cs
0.68
Ti
1.83
O4‑
x
N
x
粉末，将Cs
0.68
Ti
1.83
O4‑
x
N
x
粉末置于HCl溶液中与H
+
发生离子交换，得到H
0.68
Ti
1.83
O4‑
x
N
x
，将H
0.68
Ti
1.83
O4‑
x
N
x
分散在四丁基氢氧化铵溶液中并摇匀处理，得到氮掺杂二氧化钛纳米片(N
‑
TiO2)悬浊液。
[0020]优选地，所述步骤S5中对基于二氧化钛的纳米异质结进行高温退火处理包括：氩气氛围下，高温退火处理基于二氧化钛的纳米异质结，其中，处理温度为300℃～500℃，处理时间为1h～3h。
[0021]本专利技术提供的一种钛同源半导体异质结光阳极及其制备方法，在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列，接着对二氧化钛纳米棒阵列进行高温退火处理，使用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片制备非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液，利用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液修饰高温退火处理后的二氧化钛纳米棒阵列，使得二氧化钛纳米棒阵列形成钛同源半导体异质结，最后对修饰后的二氧化钛纳米棒阵列进行高温退火处理，获得钛同源半导体异质结光阳极，本专利技术提供的制备方法，通过构建钛同源异质结，增加二氧化钛表面反应活性位点并增强电荷传输效率，从而提高其表面催化活性，实现高效全水分解，解决了二氧化钛光阳极水分解能力低的问题。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例1中二氧化钛纳米棒阵列的X射线衍射(XRD)图；
[0023]图2是本专利技术实施例1中二氧化钛纳米棒阵列的扫描电镜(SEM)图；
[0024]图3是本专利技术实施例1中二氧化钛纳米棒阵列的扫描透射电镜(TEM)图；
[0025]图4是本专利技术实施例1中表面修饰的二氧化钛棒纳米棒阵列结构的扫描电镜(SEM)图；
[0026]图5是本专利技术实施例2中表面修饰的氧化钛棒纳米棒阵列结构的扫描电镜(SEM)图；
[0027]图6是本专利技术实施例2中表面修饰的二氧化钛棒纳米棒阵列结构的扫描透射电镜
(TEM)图；
[0028]图7是本专利技术实施例提供的不同负载量的N
‑
TiO2修饰的二氧化钛纳米棒阵列的光电催化性能(LSV)图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。
[0030]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛同源半导体异质结光阳极，其特征在于，所述钛同源半导体异质结光阳极包括导电基底以及生长在导电基底上的二氧化钛纳米棒阵列，所述二氧化钛纳米棒阵列上修饰有非金属掺杂相的二氧化钛纳米片，所述二氧化钛纳米棒阵列与所述非金属掺杂相的二氧化钛纳米片形成钛同源异质结。2.根据权利要求1所述的钛同源半导体异质结光阳极，其特征在于，所述非金属掺杂相的二氧化钛纳米片为氮掺杂二氧化钛纳米片。3.一种如权利要求1所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1、在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列；S2、将步骤S1中得到的二氧化钛纳米棒阵列进行高温退火处理；S3、使用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片制备非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液；S4、使用非金属掺杂相的二氧化钛纳米片悬浊液对步骤S2中得到的二氧化钛纳米棒阵列进行表面修饰，使二氧化钛纳米棒阵列形成钛同源异质结，得到基于二氧化钛的纳米异质结；S5、将基于二氧化钛的纳米异质结进行高温退火处理，获得钛同源半导体异质结光阳极。4.根据权利要求3所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列包括：将导电基底置于超声处理后的异丙氧钛(IV)和稀盐酸的混合溶液中，高温处理含有导电基底的异丙氧钛(IV)和稀盐酸的混合溶液，以在导电基底上生长二氧化钛纳米棒阵列。5.根据权利要求4所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，其特征在于，所述异丙氧钛(IV)与所述稀盐酸的体积比为1:50～80。6.根据权利要求4所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，其特征在于，所述稀盐酸的质量分数为18％～19％。7.根据权利要求4所述的钛同源半导体异质结光阳极的制备方法，其特征在于，高温处理含有导电基底的异丙氧钛(IV)和稀盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪毅，马明，李蒋，崔传艺，宁德，李伟民，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：