CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法，通过电沉积ZnO作为CuBi2O4/CuO光阴极的保护层。本发明专利技术提高了光阴极的PEC性能并提高光阴极的稳定性。提高光阴极的稳定性。提高光阴极的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法


[0001]本专利技术属于光电化学
，尤其涉及一种CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法。

技术介绍

[0002]光电化学(PEC)水分解系统，以合理的成本提供了较高的光
‑
氢转换效率，是一种具有发展潜力的技术。在PEC系统中，光阴极用于产氢，开发高效稳定的光阴极材料十分重要。CuBi2O4由于其带隙窄(1.5～1.8eV)，导带位置接近于热力学析氢电位(0V
RHE
)，较正的光电流起始电位(>1V
RHE
)，具有较高的太阳能转化效率，其理论光电流密度最高可达到20mA/cm2，具有很大的应用潜力。然而，由于其空穴迁移率低、电子扩散长度有限，光生载流子复合严重、易发生光腐蚀等原因，导致CuBi2O4的光电流密度远低于理论光电流密度，在光电催化领域的应用受到很大的限制。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法，提高了光阴极的PEC性能并提高光阴极的稳定性。
[0004]本专利技术公开了一种CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法，通过电沉积ZnO作为CuBi2O4/CuO光阴极的保护层。
[0005]上述技术方案，利用合适的沉积方法，在CuBi2O4/CuO光阴极表面制备高质量的保护层，可以有效减轻CuBi2O4/CuO光阴极的光腐蚀。通过电沉积ZnO作为CuBi2O4/CuO光阴极的保护层。在AM1.5G光照和0.2VRHE电位下，CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极表现出了1.18mA/cm2的光电流密度，约为CuBi2O4/CuO光阴极电流密度的两倍。在涂覆ZnO层之后，在12h稳定性测试期间，CuBi2O4/CuO的电流保持率从58.3％提高到84％。实验结果表明，非晶ZnO覆盖层不仅可以作为保护层，同时，有效地改善了光阴极的电荷转移，并且提高了光阴极的电化学活性面积。
[0006]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：通过在CuBi2O4/CuO光阴极表面沉积高质量的保护层，可以减轻CuBi2O4/CuO光阴极的光腐蚀，提高光阴极的稳定性。
[0007]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0008]图1中(a)为CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的XRD图谱，(b
‑
c)为CuBi2O4/CuO光阴极的SEM图像，(d
‑
f)为CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的SEM图像，(g
‑
i)为CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的EDS图谱。
[0009]图2为CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的紫外
‑
可见吸收光谱图，其中插图为CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的Tauc图，以及CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极样品的照片。
[0010]图3为CuBi2O4/CuO/ZnO(a
‑
d)的TEM图像，其中(d)中的插图是CuBi2O4(730)晶面的
晶体结构。
[0011]图4中(a)为CuBi2O4和CuO电极的Mott
‑
Schottky图，(b)为CuBi2O4/CuO光阴极的能带结构示意图。
[0012]图5为CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的XPS图谱：(a)Cu2p；(b)Bi4f；(c)O1s；(d)Zn2p。
[0013]图6中(a)为CuBi2O4/CuO/ZnO电极在不同沉积电位下沉积100秒的斩光LSV曲线；(b)为在
‑
0.4V
Ag/AgCl
下，ZnO沉积电位对光电流密度的影响；(c)为CuBi2O4/CuO/ZnO电极在
‑
0.2V
Ag/AgCl
，不同沉积时间下的斩光LSV曲线；(d)为在0.2V
RHE
下，ZnO沉积时间对光电流密度的影响。
[0014]图7中(a)为CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的斩光LSV曲线；(b)根据斩光LSV计算的电极的HC
‑
STH效率；(c)CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的稳定性测试曲线，在0.4VRHE，0.5MNa2SO4和1％(v/v)H2O2电解液中进行；图(c)中的插图显示了CuBi2O4/CuO光阴极在0.4V
RHE
，0.5MNa2SO4电解液中的稳定性测试曲线。
[0015]图8为稳定性测试后的SEM图像(a)CuBi2O4/CuO；(b)CuBi2O4/CuO/ZnO。
[0016]图9为电化学活性面积(ECSA)测量图，(a)CuBi2O4/CuO；(b)CuBi2O4/CuO/ZnO的循环伏安曲线，扫描速率为20～100mV/s；(c)计算的双电层电容(EDLC)以反映ECSA。
[0017]图10中(a)η
inj
曲线；(b)η
sep
曲线；(c)CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO电极的Mott
‑
Schottky曲线；(d)CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO电极的测试(散点)和拟合(线)的Nyquist图；插图是用于拟合的等效电路。
[0018]图11为CuBi2O4/CuO和CuBi2O4/CuO/ZnO电极的测试(散点，方形对应电阻，圆形对应相角)和拟合(线)的Bode图。
[0019]图12中(a)为CuBi2O4/CuO光阴极的电极过程示意图；(b)为CuBi2O4/CuO/ZnO光阴极的电极过程示意图；(c)为CuBi2O4/CuO/ZnO的能带图示意图。
具体实施方式
[0020]实施例1
[0021]一种CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法，通过电沉积ZnO作为CuBi2O4/CuO光阴极的保护层。
[0022]CuBi2O4/CuO光阴极可通过以下方法制备：通过两步电沉积的方法，在FTO玻璃衬底上制备了纳米多孔CuBi2O4/CuO光阴极。电沉积使用标准的三电极体系，FTO作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，铂丝作为对电极。第一步，在FTO上电沉积BiOI纳米片。制备含有0.23M对苯醌的无水乙醇溶液，并搅拌直至其变成透明溶液(溶液1)。同时，制备0.4M的KI溶液，并向KI溶液中添加HNO3，将pH调节至1.7。然后，将Bi(NO3)3·
5H2O溶解于调节好pH的KI溶液中，以制备0.04MBi(NO3)3溶液(溶液2)。将溶液1与溶液2混合，并充分搅拌。所得混合溶液用于，室温下，在
‑
0.1V
Ag/AgCl...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CuBi2O4/CuO光阴极表面修饰方法，其特征在于，通过电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，李纯纯，谢家乐，
申请(专利权)人：西安外事学院，
类型：发明
国别省市：