【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电转化、可再生能源制氢、薄膜外延生长，尤其涉及一种gese基串联无偏压分解水制氢器件及其制备方法。
技术介绍
1、发展可再生能源制氢技术已成为解决能源危机和环境污染的关键。太阳能作为地球上的主要能量来源，对其进一步利用，存储将极大地促进人类社会发展。尽管太阳电池能够有效地将太阳能转化为电能，但是电力存储依旧面临着昂贵地建设成本。太阳能分解水制氢技术可以将太阳能转化为氢能进行存储，这种能量存储形式非常稳定，氢气燃烧后就能将能量进行释放，且不会产生有害气体。
2、目前，利用半导体的光生伏特效应，将太阳能转化为电能进而在水和半导体界面发生电子传递的方式将水分解为氢气和氧气的方式，被认为是最有希望实现绿色、高效可再生能源制氢的方式。但是，受限于水分解的理论电压(1.23v，实际超过1.6v)，对于大多数半导体在光激发下很难满足这一电压。在实际的半导体分解水制氢应用中通常需要施加外部偏压来实现水的全分解。而依赖电网的缺点也限制了这一分解水方式的大规模应用。
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：大多数半导体在光激发下很难满足水分解的理论电压，需要施加外部偏压来实现水的全分解。此外，半导体在光激发下需要高能量的光子才能实现水分解，这通常需要紫外光或高能紫外光，这在实际应用中不太经济或实际。这增加了能源消耗和成本。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种gese基串联无偏压分解水制氢器件及其制备方法。
2、本专利
3、进一步，所述gese光阳极的析氧催化剂为光电化学法沉积的co-pi。
4、进一步，所述gese光阳极的缓冲层为水热法沉积的cds，厚度为20nm-100nm。
5、进一步，所述gese光阳极的gese层是由快速热蒸发法制备的具有层状结构的gese纳米片，厚度为100nm-10μm。
6、进一步，所述gese光阳极的导电衬底为在透明玻璃上沉积掺杂了氟的氧化锡(fto)，导电层的厚度为100nm-800nm。
7、进一步，所述gese光阴极的析氢催化剂为纳米pt颗粒。
8、进一步，所述gese光阴极的保护层为原子层沉积tio2，厚度为10nm-1μm。
9、进一步，所述gese光阴极的gese薄膜具有空心砖结构，薄膜厚度为500nm-10μm。
10、进一步，所述gese光阴极的导电衬底为在透明玻璃上沉积金属mo，mo的厚度为100nm-800nm。
11、本专利技术的另一目的在于提供一种gese基串联无偏压分解水制氢器件的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤一，制备gese光阳极：采用快速热蒸发法在沉积有缓冲层的导电衬底上沉积gese层，再在沉积了gese的电极上沉积析氧催化剂；
13、步骤二，制备gese光阴极：采用快速热蒸发法在导电衬底上沉积gese层，在gese层上沉积缓冲层和保护层，再采用电镀法附着纳米pt颗粒；
14、步骤三，串联电极：通过导线将gese光阴极与gese光阳极的背电极相连，两电极并排放置。
15、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
16、第一，本专利技术通过光阴极与光阳极串联的方式，将两者的光生电压进行叠加，摆脱外加偏压，实现全解水制氢的目标。gese具备吸光系数高，禁带宽度适宜，理论光电转化效率高，便于制备等优点，在光电转化、利用可再生能源制氢领域有着极大的应用潜力。
17、本专利技术制备出具有无偏压分解水制氢制氧效果的gese基串联电极系统。gese光电极能够产生可观的光电流密度，极大的增加单位时间内的产氢量。本专利技术中，通过调整薄膜制备顺序和电极连接方式，gese基光电极同时具备产生正向偏压和反向偏压的能力。
18、使用gese作为光阳极和光阴极材料的串联无偏压分解水制氢器件提出了一种全新的太阳能光电化学(pec)水分解系统。这样的设计取得了以下显著的技术进步：
19、1)提高光吸收效率：
20、通过使用gese纳米片作为光活性层，该系统能够更有效地吸收太阳光谱中的广泛波长，从而提高光能转换效率。
21、2)增强结构稳定性：
22、gese层的层状结构和空心砖结构提供了更高的表面积和更多的活性位点，这可以提高光电化学反应的效率并提高器件的稳定性。
23、3)无需外部电压：
24、由于gese光阳极和光阴极在光照下可以自发形成足够的电势差来驱动水的分解反应，因此该系统无需外加偏压，这在成本和操作方面都是一大进步。
25、4)提升催化效率：
26、所采用的co-pi和纳米pt作为催化剂，它们在提高氧气和氢气的析出速率方面效率很高，尤其是纳米级别的pt颗粒，其催化性能极佳，大幅度提升了整体水分解效率。
27、5)减少材料成本和制造复杂性：
28、通过采用水热法、快速热蒸发法等相对简单的化学沉积技术来制备gese和cds等层，能够降低生产成本，同时简化了生产工艺，有助于大规模应用。
29、6)长期稳定性和耐腐蚀性的改善：
30、gese光阳极上的co-pi和光阴极上的原子层沉积tio2保护层能有效保护器件不受腐蚀，尤其是在碱性或酸性电解液中，这对于商业化运行至关重要。
31、7)环境影响减少：
32、由于该器件可以直接利用太阳能进行水分解，因此它提供了一种清洁、可再生的能源生产方法，与依赖化石燃料的传统方法相比，环境影响大为减少。
33、这些技术进步不仅使得该串联无偏压分解水制氢器件在理论上可行，而且也为商业化和大规模应用提供了性，尤其是在追求绿色能源和可持续发展的当下社会背景下。
34、第二，本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
35、可再生能源生产：无偏压光电催化制氢技术可以帮助转化太阳能等可再生能源为氢气，这有望成为清洁能源的重要组成部分。这可用于燃料电池、氢气储存和作为能源的替代品。市场上对可再生能源的需求不断增加，因此该技术有望满足这一需求，从而带来可观的收益。
36、环保与碳排放减少：随着对可持续发展的关注不断增加，减少碳排放和采用清洁能源的压力也在增加。这项技术可以帮助减少碳排放，因为氢气是一种零排放的能源。因此，政府和企业愿意投资和采用这项技术，以满足环保法规和可持续发展目标。
37、第三，本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：
38、1.技术改进方面：
39、a.提高效率和稳定性：技术方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，包括GeSe光阳极和GeSe光阴极；所述GeSe光阳极包括析氧催化剂、缓冲层、GeSe层、导电衬底；所述GeSe光阴极包括析氢催化剂，保护层、缓冲层，GeSe层，导电衬底。
2.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阳极的析氧催化剂为光电化学法沉积的Co-Pi。
3.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阳极的缓冲层为水热法沉积的CdS，厚度为20nm-100nm。
4.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阳极的GeSe层是由快速热蒸发法制备的具有层状结构的GeSe纳米片，厚度为100nm-10μm。
5.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阳极的导电衬底为在透明玻璃上沉积掺杂了氟的氧化锡，导电层的厚度为100nm-800nm。
6.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于
7.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阴极的保护层为原子层沉积TiO2，厚度为10nm-1μm。
8.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阴极的GeSe薄膜具有空心砖结构，薄膜厚度为500nm-10μm。
9.如权利要求1所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述GeSe光阴极的导电衬底为在透明玻璃上沉积金属Mo，Mo的厚度为100nm-800nm。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的GeSe基串联无偏压分解水制氢器件的的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种gese基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，包括gese光阳极和gese光阴极；所述gese光阳极包括析氧催化剂、缓冲层、gese层、导电衬底；所述gese光阴极包括析氢催化剂，保护层、缓冲层，gese层，导电衬底。
2.如权利要求1所述的gese基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述gese光阳极的析氧催化剂为光电化学法沉积的co-pi。
3.如权利要求1所述的gese基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述gese光阳极的缓冲层为水热法沉积的cds，厚度为20nm-100nm。
4.如权利要求1所述的gese基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述gese光阳极的gese层是由快速热蒸发法制备的具有层状结构的gese纳米片，厚度为100nm-10μm。
5.如权利要求1所述的gese基串联无偏压分解水制氢器件，其特征在于，所述gese光阳极的导...
【专利技术属性】
技术研发人员：王康，乔梁，黄定旺，李笑玮，夏鹏飞，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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