一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜的制备方法及其应用。将洗干净的导电玻璃(FTO)置于ZnO的丙酮溶液中，采用电泳沉积的方法得到ZnO薄膜。再将ZnO放入丙酮溶液中超声分散，将所得ZnO薄膜置于Co3O4带有聚乙二醇的乙醇溶液中，采用浸渍法在ZnO薄膜上叠加一层薄薄的Co3O4薄膜；将所得到的产物高温退火，得到ZnO/Co3O4异质结薄膜。本发明专利技术制备的ZnO/Co3O4光电极薄膜，用于提高ZnO光电极的光生电子传输能力，进而可以有效的提高光电化学性能，增强ZnO的抗光腐蚀能力。强ZnO的抗光腐蚀能力。强ZnO的抗光腐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】
＝6g：2500mL：1.2g。
[0011]进一步地，上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，步骤2)具体为：将Co3O4粉末加入乙醇溶液中，再将聚乙二醇加入上述溶液中，超声分散后获得Co3O4均相溶胶纳米颗粒；向Co3O4均匀溶液中，插入步骤1)所得覆有ZnO薄膜的导电玻璃FTO，使其浸渍8
‑
12min，在ZnO薄膜上叠加一层Co3O4薄膜。
[0012]进一步地，上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，步骤2)中，Co3O4粉末：无水乙醇：聚乙二醇＝6g：3000mL：50mL。
[0013]进一步地，上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，步骤3)中，所述高温煅烧是，在温度为100
‑
300℃下煅烧20
‑
40min。
[0014]进一步地，上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，所述ZnO粉末的制备方法包括如下步骤：将锌盐加入含有PVP和DMF的水溶液中，混合均匀后，滴加0.25M NaOH水溶液，直至pH达到10为止，将所得混合液搅拌10min后转移到水热釜中，置于烘箱中，100
‑
180℃加热0.5
‑
2h，所得产物用丙酮和乙醇离心洗涤，于50
‑
70℃烘干，得到ZnO粉末；所述锌盐是硝酸锌、醋酸锌、乙酸锌或氯化锌。
[0015]进一步地，上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，所述Co3O4粉末的制备方法包括如下步骤：将适量钴盐，置于坩埚中，于300
‑r/>500℃退火2
‑
4h，得到Co3O4粉末；所述钴盐是硝酸钴、硫酸钴或氯化钴。
[0016]上述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜作为光阴极半导体材料在光分解水制氢中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术制备的ZnO/Co3O4光电极薄膜，具有异质结结构，更容易使光生电子
‑
空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能。
[0019]2、本专利技术制备的ZnO/Co3O4光电极薄膜，作为阴极材料可以有效提高载流子的传输效率以及导电基底对电子的收集效率，可获得高的PEC性能。
[0020]3、本专利技术所提供的制备方法，其原料廉价，操作简单，极大程度降低了成本，而且对环境无污染，实现了绿色化学。
附图说明
[0021]图1为ZnO粉末、Co3O4粉末、ZnO光电极薄膜和ZnO/Co3O4光电极薄膜的XRD图。
[0022]图2为ZnO/Co3O4光电极薄膜与ZnO薄膜的光电流对比图。
[0023]图3为ZnO/Co3O4光电极薄膜与ZnO薄膜的阻抗图谱的对比图。
具体实施方式
[0024]实施例1一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜的制备方法
[0025](一)制备方法如下
[0026]1)采用水热法制备ZnO粉末
[0027]将0.24g Zn(C2H3O2)2和0.4g PVP溶于40mL DMF和8mL蒸馏水中，磁力搅拌20min，混合均匀后，缓慢加入0.25M NaOH溶液，直至pH达到10停止，继续磁力搅拌10min后，将所得混合溶液转移到高压水热釜中，然后置于烘箱中，于140℃加热90min，所得产物分别用丙酮
和乙醇离心三次，60℃烘干，得到ZnO粉末。
[0028]2)采用煅烧法制备Co3O4粉末
[0029]将1g Co(NO3)2放入坩埚中，置于马弗炉在空气中420℃煅烧3h，得到Co3O4粉末。
[0030]3)制备ZnO薄膜
[0031]将0.06g ZnO粉末加入25mL丙酮溶液中，超声分散0.5h后加入0.012g I2，继续超声分散0.5h，获得ZnO沉积悬浮液。准备两块清洗干净的等面积的导电玻璃FTO，并令两个导电玻璃FTO的导电面相对，且相互平行浸入ZnO沉积悬浮液中，在25V直流电压条件下沉积3min，获得ZnO薄膜。
[0032]4)ZnO/Co3O4薄膜的制备
[0033]将0.06g Co3O4粉末加入30mL无水乙醇后再加入0.5mL聚乙二醇，超声0.5h得到混合均匀的Co3O4溶液。取步骤3)所得覆有ZnO薄膜的导电玻璃FTO，然后将ZnO光阳极放入上述Co3O4的溶液中浸渍10min后，在马弗炉中300℃煅烧0.5h，得到在ZnO薄膜上叠加一层Co3O4薄膜。
[0034]5)将步骤4)所得产物在300℃下高温退火30min，得到异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜。
[0035](二)检测
[0036]图1为ZnO粉末、Co3O4粉末、ZnO光电极薄膜和ZnO/Co3O4光电极薄膜的XRD对比图。由图1可见，ZnO粉末在31.7
°
、34.4
°
、36.2
°
、47.5
°
、56.6
°
、62.8
°
、67.9
°
有七个明显衍射峰，为ZnO的特征峰，ZnO样品的衍射峰与氧化锌锌标准卡的峰谱完全一致，说明制备ZnO材料。Co3O4粉末在31.2
°
、36.8
°
、38.5
°
、44.8
°
、59.3
°
和65.1
°
有六个明显衍射峰，为Co3O4的特征峰，Co3O4样品的衍射峰与四氧化三钴标准卡的峰谱完全一致，说明制备Co3O4材料。ZnO光电极薄膜显示的特征峰不仅与氧化锌标准卡的峰谱完全一致，而且与二氧化锡标准卡的峰谱完全一致，说明制备ZnO光电极薄膜。ZnO/Co3O4光电极薄膜显示的特征峰不仅与氧化锌和四氧化三钴标准卡的峰谱完全一致，而且与二氧化锡标准卡的峰谱完全一致，说明制备ZnO/Co3O4光电极薄膜。
[0037]实施例2异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜的性能测试
[0038]分别将实施例1纯ZnO光电极薄膜和ZnO/Co3O4光电极薄膜进行光电流、阻抗等的光电化学性能测试。
[0039]所有电化学实验测试过程都在三电极体系的电化学工作站(Princeton Applied Research2273)中进行。样品薄膜作为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，电解液为0.1M NaSO4，样品光照射面积为1cm2。
[0040]光电流测试：光源为300W氙灯，偏压为1.23Vvs.VRHE，测得结果如图2所示，结果显示，异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜的光电流密度为0.12mA
·
cm
‑2左右，ZnO光电极薄膜的光电流为0.05mA
·
cm
‑2左右，结果显示，异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜的光电流比ZnO光电极薄膜大，提升了大约2.4倍。说明负载Co3O4后光电化学性能有所改善和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，其特征在于，制备方法包括如下步骤：1)将ZnO粉末加入丙酮溶液中，再加入I2，通过超声分散得ZnO沉积悬浮液，采用电泳沉积法制备ZnO薄膜；2)将Co3O4粉末加入乙醇和聚乙二醇的混合溶液中，通过超声分散得Co3O4均相溶胶纳米颗粒溶液，加入步骤1)所得的ZnO薄膜，采用浸渍法在ZnO薄膜上叠加一层Co3O4膜；3)将步骤2)所得产物，在惰性气体或者空气条件下，经高温煅烧，得到异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜。2.如权利要求1所述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)具体为：将ZnO粉末加入丙酮溶液中，超声分散后加入I2，继续超声分散获得ZnO沉积悬浮液；向ZnO沉积悬浮液中，插入两块清洗干净的等面积的导电玻璃FTO，并令两个导电玻璃FTO的导电面相对，且相互平行浸入ZnO沉积悬浮液中，在15
‑
25V直流电压条件下沉积1
‑
5min，在导电玻璃FTO上获得ZnO薄膜。3.如权利要求1所述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，ZnO粉末：丙酮：I2＝6g：2500mL：1.2g。4.如权利要求1所述的一种异质结ZnO/Co3O4光电极薄膜，其特征在于，步骤2)具体为：将Co3O4粉末加入乙醇溶液中，再将聚乙二醇加入上述溶液中，超声分散后获得Co3O4均相溶胶纳米颗粒；向Co3O4均匀溶液中，插入步骤1)所得覆有ZnO薄膜的导电玻璃FTO，使其浸渍8
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张美霞，张新新，范晓星，陶然，楚振明，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：