一种硅基光电催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种硅基光电催化材料及其制备方法与应用，属于光电催化材料技术领域。该硅基光电催化材料包括硅衬底，硅衬底具有相对的抛光面和非抛光面，抛光面的表面沉积有镍金属纳米颗粒，非抛光面的表面设置有绝缘层。该硅基光电催化材料具有较高的催化性能以及较高的光电催化水分解的饱和光电流。其制备方法简单，易操作。将其用于光电催化分解水，体现出较高的光电催化水分解的饱和光电流。出较高的光电催化水分解的饱和光电流。出较高的光电催化水分解的饱和光电流。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基光电催化材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光电催化材料
，具体而言，涉及一种硅基光电催化材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]能源危机和环境问题已然成为当代人类发展和进步亟待解决的问题之一，如何寻找一种绿色环保，可持续发展的途径来缓解能源短缺与环境压力是世界科研人员共同的愿景。
[0003]光电催化(PEC)分解水，主要以半导体材料为基底，通过对太阳能的利用将水(H2O)分解为氢能(H2)和氧气(O2)，不仅利用了绿色能源(太阳能)，而且缓解了能源和环境压力。
[0004]然而，目前应用在PEC中的金属
‑
绝缘
‑
半导体(MIS)结构仍然存在高开启电压(highoverpotential)和低饱和光电流(lowsaturatephotocurrent)的问题。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种硅基光电催化材料以解决上述技术问题中的至少一种。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种上述硅基光电催化材料的制备方法。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种上述硅基光电催化材料的应用。
[0009]本申请可这样实现：
[0010]第一方面，本申请提供一种硅基光电催化材料，其包括硅衬底，硅衬底具有相对的抛光面和非抛光面，抛光面的表面沉积有镍金属纳米颗粒，非抛光面的表面设置有绝缘层。
[0011]在可选的实施方式中，硅衬底具有以下特征中的至少一个：
[0012]特征A：具有(100)晶向；
[0013]特征B：阻值为1
‑
5Ω
·
cm；
[0014]特征C：硅衬底为N型硅片或P型硅片。
[0015]在可选的实施方式中，镍金属纳米颗粒的粒径为20
‑
40nm。
[0016]第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的硅基光电催化材料的制备方法，包括以下步骤：于硅衬底的非抛光面的表面设置绝缘层，于硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒。
[0017]在可选的实施方式中，在硅衬底的非抛光面的表面设置绝缘层之后，再于硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒。
[0018]在可选的实施方式中，采用恒电流电沉积方式于硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒。
[0019]在可选的实施方式中，沉积电流为1
‑
5mA，沉积时间为1
‑
5s。
[0020]在可选的实施方式中，沉积所用的电解液的成分包括镍源，和/或，沉积所用的电极系统为三电极系统。
[0021]在可选的实施方式中，镍源包括六水硫酸镍、氯化镍和硝酸镍中的至少一种。
[0022]在可选的实施方式中，电解液的成分还包括pH调节剂。
[0023]在可选的实施方式中，pH调节剂包括硼酸。
[0024]在可选的实施方式中，电解液中所含的镍源的浓度为0.04
‑
0.06mol/L。
[0025]在可选的实施方式中，三电极系统中的对电极为铂电极，和/或，三电极系统中的参比电极为饱和甘汞电极。
[0026]在可选的实施方式中，绝缘层是于硅衬底的非抛光面附着环氧树脂。
[0027]在可选的实施方式中，设置绝缘层之前，还包括对硅衬底进行前处理。
[0028]在可选的实施方式中，前处理包括去除硅衬底表面的杂质。
[0029]在可选的实施方式中，前处理还包括将去除杂质后的硅衬底制备成电极。
[0030]在可选的实施方式中，前处理还包括将制备成的电极进行刻蚀。
[0031]在可选的实施方式中，刻蚀所用的刻蚀液为氢氟酸溶液；和/或，刻蚀后硅衬底具有的氧化层的厚度为2
‑
6nm。
[0032]在可选的实施方式中，还包括将沉积镍金属纳米颗粒后的样品与含铁溶液混合。
[0033]在可选的实施方式中，含铁溶液为硫酸亚铁溶液。
[0034]第三方面，本申请提供如前述实施方式任一项的硅基光电催化材料的应用，硅基光电催化材料用于光电催化分解水。
[0035]本申请的有益效果包括：
[0036]本申请通过在硅衬底的抛光面沉积镍金属纳米颗粒并在非抛光面设置绝缘层设置，形成了金属
‑
绝缘
‑
半导体(MIS)结构。镍金属纳米颗粒在光电催化反应中作为催化剂起到催化作用，镍金属通过以颗粒形式而非薄膜层状形式存在，有利于使硅基光电催化材料具有较高的催化性能以及较高的光电催化水分解的饱和光电流。
[0037]该硅基光电催化材料的制备方法简单，易操作。
[0038]将其用于光电催化分解水，可具有较低的开启电压以及较高的光电催化水分解的饱和光电流。
附图说明
[0039]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，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0040]图1为试验例1中2mA
‑
2s样品在1M NaOH溶液、100mW/cm2光照下及无光照下的析氧极化曲线；
[0041]图2为试验例1中2mA
‑
2s样品在1M NaOH溶液、100mW/cm2光照下的光响应析氧极化曲线；
[0042]图3为试验例1中不同样品在1M NaOH溶液、100mW/cm2光照下的析氧极化曲线；
[0043]图4为试验例1中2mA
‑
2s样品在不同光照密度下的析氧极化曲线；
[0044]图5为试验例1中1mA
‑
2s样品与其浸泡在FeSO4·
7H2O溶液中3h后，在无光照及100mW/cm2光照下的析氧极化曲线；
[0045]图6为试验例1中4mA
‑
2s样品与其浸泡在FeSO4·
7H2O溶液中3h后，在无光照及100mW/cm2光照下的析氧极化曲线；
[0046]图7为试验例1中2mA
‑
2s样品在1M NaOH溶液中在100mW/cm2光照下的光响应析氢极化曲线；
[0047]图8为试验例1中2mA
‑
2s样品在0.65M的NaOH、0.35M的LiOH和2M的HBO3的混合溶液中在100mW/cm2光照下的析氧稳定性测试结果；
[0048]图9为试验例3中实施例1所得的未经浸泡处理的2mA
‑
2s样品的SEM结果图；
[0049]图10为试验例3中实施例5所得的经过浸泡处理的2mA
‑
2s样品的SEM结果图。
具体实施方式
[0050]为使本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基光电催化材料，其特征在于，包括硅衬底，所述硅衬底具有相对的抛光面和非抛光面，所述抛光面的表面沉积有镍金属纳米颗粒，所述非抛光面的表面设置有绝缘层。2.根据权利要求1所述的硅基光电催化材料，其特征在于，所述硅衬底具有以下特征中的至少一个：特征A：具有(100)晶向；特征B：阻值为1
‑
5Ω
·
cm；特征C：所述硅衬底为N型硅片或P型硅片。3.根据权利要求1所述的硅基光电催化材料，其特征在于，所述镍金属纳米颗粒的粒径为20
‑
40nm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的硅基光电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：于所述硅衬底的非抛光面的表面设置绝缘层，于所述硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒；优选地，在所述硅衬底的非抛光面的表面设置绝缘层之后，再于所述硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用恒电流电沉积方式于所述硅衬底的抛光面的表面沉积镍金属纳米颗粒；优选地，沉积电流为1
‑
5mA，沉积时间为1
‑
5s。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，沉积所用的电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘晖，吴如成，刘地，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：