一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极及其制备方法技术

本发明专利技术通过将二维材料MXene的技术与半导体材料技术结合，得到一种新的抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极材料，该材料能够提高光生载流子传输速率、抑制载流子重组，提升光电性能。具体地，本发明专利技术提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃；步骤S2，制备少层Nb2C纳米片层；步骤S3，采用CdS纳米棒阵列和少层Nb2C纳米片层制备Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极作为新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。

【技术实现步骤摘要】
一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电化学材料领域，涉及纳米材料，具体涉及一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源短缺是人类社会发展亟待解决的重大难题，太阳能作为一种理想的能源是待开发利用的主要目标，而在太阳能的开发利用中，能够将光能转换为电能的光电化学材料，尤其是能够实现高效稳定转换且容易制得的光电化学材料是不可或缺的。
[0003]硫化镉(CdS)是II
‑
VI族中一种典型的直接带隙半导体材料，室温下CdS的带隙宽度为2.42eV。由于具有相对较低的功函数、较好的电子传输性、较强的可见光吸收以及高的电容，CdS作为一种优良的光电化学材料，可广泛地应用于太阳能电池、发光二极管、催化剂载体等领域。其中，具有一维结构的CdS纳米棒能为光生电子提供通道，因此有利于光生电子的传输，具有良好的应用前景。然而，现有研究表明，CdS中的S2‑
易被光生空穴氧化从而发生光腐蚀，稳定性较差，并且CdS在光催化过程中由于自身固有的光腐蚀特性，导致容易解离出毒性Cd
2+
，产生二次污染的问题，严重阻碍了其实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，通过将过渡金属(M)碳化物和氮化物(X)形成二维材料MXene的技术与半导体材料技术结合，得到一种新的抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极材料，该材料能够提高光生载流子传输速率、抑制载流子重组，提升光电性能。
[0005]具体地，本专利技术提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃；步骤S2，制备少层Nb2C纳米片层；步骤S3，采用CdS纳米棒阵列和少层Nb2C纳米片层制备Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极作为新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。
[0006]进一步，上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S1可以包括如下步骤：步骤S1
‑
1，将氧化铟锡导电玻璃进行清洗、测试导电面并将导电面向上进行烘干，备用；步骤S1
‑
2，将四水合硝酸镉、硫脲、还原型谷胱甘肽溶解于超纯水中，超声混合均匀，得到前驱体溶液；步骤S1
‑
3，将氧化铟锡导电玻璃的导电面朝下斜靠于不锈钢高压釜的聚四氟乙烯衬里侧壁上，然后将前驱液倒入釜内，并在烘箱内进行水热反应，待降至室温后取出清洗、干燥，得到生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃。
[0007]更进一步，上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S1
‑
1中的清洗的过程可以为：将氧化铟锡导电玻璃依次置于丙酮、无水乙醇和超纯水中进行超声清洗，每次超声30min。
[0008]另外，步骤S1
‑
2的前驱体溶液中，四水合硝酸镉浓度优选为1mM，硫脲浓度优选为3mM，谷胱甘肽的浓度优选为0.6mM。
[0009]另外，步骤S1
‑
3的水热反应的条件优选为200℃，反应持续时间优选为3.5h。
[0010]本专利技术提供的上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S2可以包括：步骤S2
‑
1，将Nb2AlC，NaBF4均匀混合在HCl溶液中，将得到的溶液移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜进行水热反应得到反应后的悬浮液；步骤S2
‑
2，将步骤S2
‑
1得到的悬浮液进行抽滤、洗涤、干燥，得到多层Nb2C纳米片层；步骤S2
‑
3，将多层Nb2C纳米片层加入有N2气体连续通入的超纯水中进行超声剥离；步骤S2
‑
4，对步骤S2
‑
3中超声剥离结束后的溶液进行离心、抽滤、干燥，得到少层Nb2C纳米片层。
[0011]进一步，步骤S2
‑
1中的水热反应温度优选为180℃，持续时间优选为24h；步骤S2
‑
3中的超声剥离的持续时间优选为1h。
[0012]本专利技术提供的上述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法中，步骤S3可以包括：步骤S3
‑
1，将少层Nb2C纳米片层超声分散于乙醇中形成少层Nb2C纳米片层分散液；步骤S3
‑
2，取预定量的少层Nb2C纳米片层分散液滴于生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃上，自然干燥成膜，得到Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极。
[0013]另外，本专利技术还提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极，其特征在于，由Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极构成，该Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极采用如上任一项的制备方法制备得到。
[0014]专利技术的作用与效果
[0015]如上所述，根据本专利技术提供的新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极，由于采用CdS纳米棒阵列和少层Nb2C纳米片层制备得到了Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极，其中，CdS呈垂直的六方纳米棒状，与二维Nb2C纳米片复合后，构造出了“一维+二维”的界面设计，使得二者有效地复合，能够抑制CdS材料的光腐蚀现象、改善光生电荷的传输路径，优化了光电极的催化性能。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的生长有CdS纳米棒阵列的ITO玻璃以及Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极的实物照片。
[0017]图2是本专利技术实施例的生长有CdS纳米棒阵列的ITO玻璃的扫描电子显微镜俯视角度照片。
[0018]图3是本专利技术实施例的Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极的扫描电子显微镜俯视角度照片。
[0019]图4是本专利技术实施例的生长有CdS纳米棒阵列的ITO玻璃以及Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极的X射线衍射图。
[0020]图5是本专利技术实施例的光阳极的光电流与时间的关系曲线图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术作具体阐述。
[0022]本实施例提供了一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，具体包括如下步骤：
[0023]步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃。具体操作包括如下步
骤：
[0024]步骤S1
‑
1，将氧化铟锡导电玻璃(以下简称ITO玻璃)进行清洗，采用万能表测试出导电面，并将导电面向上进行烘干，备用。其中，清洗操作为将ITO玻璃依次置于丙酮、无水乙醇和超纯水中进行超声清洗，每次超声30min。
[0025]步骤S1
‑
2，将四水合硝酸镉、硫脲、还原型谷胱甘肽溶解于超纯水中，超声混合均匀，得到前驱体溶液。其中，四水合硝酸镉浓度为1mM，硫脲浓度为3mM，谷胱甘肽的浓度为0.6mM。
[0026]步骤S1
‑
3，将ITO玻璃的导电面朝下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，制备生长有CdS纳米棒阵列的氧化铟锡导电玻璃；步骤S2，制备少层Nb2C纳米片层；步骤S3，采用所述CdS纳米棒阵列和所述少层Nb2C纳米片层制备Nb2C纳米片/CdS纳米棒复合光阳极作为所述新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极。2.根据权利要求1所述的新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1包括如下步骤：步骤S1
‑
1，将所述氧化铟锡导电玻璃进行清洗、测试导电面并将所述导电面向上进行烘干，备用；步骤S1
‑
2，将四水合硝酸镉、硫脲、还原型谷胱甘肽溶解于超纯水中，超声混合均匀，得到前驱体溶液；步骤S1
‑
3，将所述氧化铟锡导电玻璃的所述导电面朝下斜靠于不锈钢高压釜的聚四氟乙烯衬里侧壁上，然后将所述前驱液倒入釜内，并在烘箱内进行水热反应，待降至室温后取出清洗、干燥，得到生长有所述CdS纳米棒阵列的所述氧化铟锡导电玻璃。3.根据权利要求2所述的新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1
‑
1中的所述清洗的过程为：将所述氧化铟锡导电玻璃依次置于丙酮、无水乙醇和超纯水中进行超声清洗，每次超声30min。4.根据权利要求2所述的新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1
‑
2的所述前驱体溶液中，四水合硝酸镉浓度为1mM，硫脲浓度为3mM，谷胱甘肽的浓度为0.6mM。5.根据权利要求2所述的新型抗光腐蚀纳米棒阵列光阳极的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1
‑
3的所述水热反应的条件为200℃，反应持续时间为3.5h。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，秦依末，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：