【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电化学，具体涉及到一种附有二氧化钛保护层的光电阴极及其应用。
技术介绍
1、光电化学(pec)是一种利用太阳能从水中生产氢气的技术，是目前缓解能源和环境问题最有前途的手段之一。典型光电阴极由作为光吸收体的p型半导体和her催化剂复合组成。可用于光吸收的半导体材料包括：si，cu2o,sb2se3，gaas等引起了相当大的关注，其中si是作为光电阴极最理想的半导体材料之一，因为其具有较窄的约为1.1ev的带隙，允许吸收波长小于1000nm的太阳光，和导带边缘位置比析氢反应(her)的电位更负。但由于si表面固有的her动力学较慢，需要负载助催化剂以提高效率，同时si暴露在电解液中时，表面可能会通过形成非晶sio2或h2sio3被迅速钝化，从而严重阻碍了电子向电极表面的传输。
2、为了保护si免受电解质的腐蚀，人们在si表面制备一层高度透明且允许电子隧穿或传导的无针孔表面层。金属(pt或ti)、srtio3、和tio2的保护层已被证明成功地在腐蚀性电解质中实现高效且相对稳定的si光电极。其中tio2因高稳定性和有利的能带位置(例如导带最小值(cbm)和价带最大值(vbm))而被广泛用作保护层。
3、然而，基于tio2的保护层与光吸收剂相比，其导电性较低，导致电荷传输到催化剂中的效率较低。通常，该层必须足够厚以提供令人满意的保护，而厚层不利于电荷迁移和光传输，导致低光电压和低光电流密度。因此，在光电流产生和取决于钝化层厚度的稳定性之间存在不可避免的折衷。溶胶-凝胶法是高效简便制备金属氧化物薄膜的
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
3、本专利技术的其中一个目的是提供一种附有二氧化钛保护层的光电阴极，提高tio2的导电性，降低了si到cop的电荷转移电阻，光电阴极表现出出色的pec析氢性能，高光电流密度和耐久性，为制备高导电性保护层来改善pec水分离提供了新的灵感。
4、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种附有二氧化钛保护层的光电阴极，包括，
5、基底；以及，
6、附着于所述基底表面的保护层；
7、所述保护层由tio2和纳米颗粒构成，所述纳米颗粒呈表面粗糙、含有大量碳纳米管的中空多面体形貌，碳纳米管内分布有co纳米颗粒；
8、表面的碳纳米管直径为10～50nm，co纳米颗粒的尺寸为1～10nm；
9、所述保护层的厚度为20～200nm。
10、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：tio2与纳米颗粒的质量比为10～0.01：1。
11、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：碳纳米管与co纳米颗粒的质量比为10～10000：1。
12、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：还包括，附着于所述保护层上的助催化剂；
13、所述助催化剂包括cop、ni-p、fep、mop、wp、coc、nic、mo2c、ws2、ni2s3、fes2、mos2、cosx、in2s3、cose2、ni3se2、mose2、ptse2、ruo2、nife-ldh、ni、ru、pt、nimo合金中的一种或多种。
14、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：所述助催化剂的负载量为0.01～50mg/cm2。
15、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：所述纳米颗粒是由zif-8材料为核、zif-67材料为壳的核壳材料经热解处理后，对其表面进行酸蚀去除可接触的co颗粒后所制备得到。
16、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：所述zif-8材料与zif-67材料的质量比为10～0.1：1；所述热解处理，热解温度为900～1100℃，热解时间为3～10h。
17、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：所述保护层由纳米颗粒分散液与tio2溶胶混合后旋涂于基底，经退火处理得到；
18、所述退火处理，退火温度为300～600℃，退火时间为1～5h。
19、作为本专利技术附有二氧化钛保护层的光电阴极的一种优选方案，其中：所述基底包括si、cu2o、gaaa、gan、gap、gainp2、sb2se3、cu(in，ga)se2、cu(in,ga)s2中的一种。
20、本专利技术的另一个目的是提供如上所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极在光电化学中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
22、本专利技术设计并制备了一种以cop为助催化剂，mof衍生的纳米管掺杂的tio2(co-ncnhp-tio2)保护的具有抗反射能力的si基光电阴极。该策略中mof衍生的纳米管提高tio2的导电性，降低了si到cop的电荷转移电阻。si/co-ncnhp-tio2/cop光电阴极表现出出色的pec析氢性能，包括在am 1.5g模拟太阳照明下0.409v rhe的起始电位和在0v rhe下具有-23.04ma cm-2的高光电流密度。同时，si/co-ncnhp-tio2/cop光电阴极在0v rhe下表现出出色的144h耐久性。
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1.一种附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：TiO2与纳米颗粒的质量比为10～0.01：1。
3.如权利要求1或2所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：碳纳米管与Co纳米颗粒的质量比为10～10000：1。
4.如权利要求1所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：还包括，附着于所述保护层上的助催化剂；
5.如权利要求4所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述助催化剂的负载量为0.01～50mg/cm2。
6.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述纳米颗粒是由ZIF-8材料为核、ZIF-67材料为壳的核壳材料经热解处理后，对其表面进行酸蚀去除可接触的Co颗粒后所制备得到。
7.如权利要求6所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述ZIF-8材料与ZIF-67材料的质量比为10～0.1：1；所述热解处理，热解温度为900～1100℃，热解时间为3～10
8.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述保护层由纳米颗粒分散液与TiO2溶胶混合后旋涂于基底，经退火处理得到；
9.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述基底包括Si、Cu2O、GaAa、GaN、GaP、GaInP2、Sb2Se3、Cu(In，Ga)Se2、Cu(In,Ga)S2中的一种。
10.如权利要求1～9中任一项所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极在光电化学中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：tio2与纳米颗粒的质量比为10～0.01：1。
3.如权利要求1或2所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：碳纳米管与co纳米颗粒的质量比为10～10000：1。
4.如权利要求1所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：还包括，附着于所述保护层上的助催化剂；
5.如权利要求4所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述助催化剂的负载量为0.01～50mg/cm2。
6.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的附有二氧化钛保护层的光电阴极，其特征在于：所述纳米颗粒是由zif-8材料为核、zif-67材料为壳的核壳材料经热解处理后，对其表面进行酸...
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