【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电化学器件制备，具体涉及一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极及其制备方法。
技术介绍
1、化石燃料的使用已造成了严重的环境问题，利用光电化学(pec)制氢是解决这一问题的重要方法。在水分解过程中，每2个电子就能在阴极生成一个氢气分子，而阳极每4个电子才生成1个氧气分子，因而制约水分解速率的主要因素为阳极反应速率。所以提升阳极反应速率对提高水分解制氢效率有重要意义。随着近年来对光阳极研究的不断推进，bivo4作为一种成本低、安全、稳定的化合物半导体光阳极材料受到了广泛关注，而同时载流子迁移率低、复合率高、表面反应速率缓慢的缺点也逐渐暴露出来。
2、z型异质结的构建对形成理想的电荷转移路径具有重要意义，构建时需考虑两种材料费米能级、导带底和价带顶的相对位置，以促进电子和空穴的分离。硅的价带顶位于0.63vvs.rhe，bivo4的导带底位于0vvs.rhe，对于形成z型异质结非常有益。硅因地球含量大、成本低、带隙窄、缺陷少等特点，作为“第一代半导体”被应用；与bivo4形成异质结时，相比于p-si，n-si费米能级更负，在界面处不形成肖特基结，有利于产生更大的光电压。近年来，已有不少构建n-si/bivo4异质结的研究，大多数会增加一层或多层的中间层，如tio2、ito、al2o3、wo3等，用以保护硅或增强载流子输运。
3、bivo4主要的几种制备方法如电化学合成、液相合成和水热/溶剂热法，均不能避免高温退火，高温退火在硅表面形成的厚氧化层对器件性能有极大的影响。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出了一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极及其制备方法，用碱液对n-si表面进行形貌构筑，以形貌构筑后的n-si为衬底，在表面上磁控溅射pt薄膜，再在pt上制备mo:bivo4层，可防止后续的高温退火在硅表面形成厚氧化层而影响光电水氧化器件性能，提高了光电转换效率，具有制备方法简单、性能优越、过程可控性强的优点。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种基于n-si/pt/mo:bivo4 z型异质结的水氧化光阳极，所述水氧化光阳极为层状，包括n-si衬底，在n-si衬底上依次负载了pt层和mo:bivo4层。
4、所述n-si衬底表面呈高度为5-20μm的正金字塔型突起，正金字塔的底边边长为2-6μm，紧密排列。
5、所述n-si衬底上负载的pt层厚度为5-12nm。
6、所述mo:bivo4层为将bivo4中3％-6％的v原子替代为mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3-6％(cmo/cv)。
7、一种基于n-si/pt/mo:bivo4 z型异质结水氧化光阳极的制备方法，包括以下步骤：
8、步骤1，洗净的n-si在碱液中保温刻蚀，取出后用去离子水洗净，并用hf溶液去除表面的氧化层，在n-si表面得到高度为5-20μm分布的正金字塔型结构；
9、步骤2，在步骤1刻蚀后的n-si表面磁控溅射pt层；
10、步骤3，配置mo:bivo4前驱体溶液，将mo:bivo4前驱体溶液旋涂在根据步骤2得到的pt层表面，把pt层表面全部覆盖，高温退火后，在naoh溶液中洗去多余的氧钒，得到n-si/pt/mo:bivo4 z型异质结水氧化光阳极。
11、所述步骤1中刻蚀用的碱液为0.5-1mol/lnaoh和0.1-0.5mol/lna2sio3的混合溶液，刻蚀温度为75-80℃，刻蚀时间为20-30min；hf溶液浓度为3-5wt％。
12、所述步骤2中磁控溅射的pt厚度为5-12nm。
13、所述步骤3具体过程为：
14、步骤3.1，将0.05-0.2g乙酰丙酮钼溶于1-2ml乙二醇中得到掺杂用溶液；
15、步骤3.2，将0.291g bi(no3)3·5h2o溶于1.2-1.5ml乙二醇、2ml乙酸和0.5ml水溶剂混合物中，溶解后加入0.2-0.7g乙酰丙酮氧钒和100-300μl根据步骤1得到的掺杂用溶液；
16、步骤3.3，充分溶解后加入0.2-0.5g聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇，搅拌溶解，得到3-6％mo:bivo4前驱体溶液；
17、步骤3.4，将50-130μlmo:bivo4前驱体溶液滴在步骤2得到的pt层上旋涂，把pt层表面全部覆盖后烘干，高温退火的温度为400-500℃，保持时间为1.5-2.5h，除去氧钒所用naoh溶液浓度为0.5-2mol/l，反应时间为2-5min。
18、相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
19、(1)本专利技术pt层通过扩散作用与si原子形成ptsix层，ptsix层在高温下能防止n-si形成高电阻的厚siox层，即可防止后续的高温退火在硅表面形成厚氧化层，改善了现有技术中的载流子传输问题。
20、(2)本专利技术不同于现有技术中，用对晶向要求严格的氧化物作中间层，而利用pt辅助n-si/bivo4构建间接z型异质结构，得到的光电水氧化器件性能优异。
21、综上，本专利技术通过利用碱液对n-si表面进行形貌构筑，以形貌构筑后的n-si为衬底，在表面上磁控溅射pt薄膜，再在pt上制备mo:bivo4层，具有制备方法简单、性能优越、过程可控性强的优点。
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1.一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述水氧化光阳极为层状，包括n-Si衬底，在n-Si衬底上依次负载了Pt层和Mo:BiVO4层。
2.根据权利要求1所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述n-Si衬底表面呈高度为5-20μm的正金字塔型突起，正金字塔的底边边长为2-6μm，紧密排列。
3.根据权利要求1所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述n-Si衬底上负载的Pt层厚度为5-12nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述Mo:BiVO4层为将BiVO4中3％-6％的V原子替代为Mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3-6％(CMo/CV)。
5.一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结水氧化光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z
7.根据权利要求5所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结水氧化光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2中磁控溅射的Pt厚度为5-12nm。
8.根据权利要求5所述的一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结水氧化光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体过程为：
9.一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述水氧化光阳极为层状，包括n-Si衬底，在n-Si衬底上依次负载了Pt层和Mo:BiVO4层，所述n-Si衬底表面呈现高度为10μm的正金字塔型突起，正金字塔的底边边长为4μm，紧密排列，所述n-Si衬底上负载的Pt层厚度为10nm，所述Mo:BiVO4层为将BiVO4中5％的V原子替代为Mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为5％(CMo/CV)。
10.一种基于n-Si/Pt/Mo:BiVO4Z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述水氧化光阳极为层状，包括n-Si衬底，在n-Si衬底上依次负载了Pt层和Mo:BiVO4层，所述n-Si衬底表面呈现高度为5μm的正金字塔型突起，正金字塔的底边边长为2μm，紧密排列，所述n-Si衬底上负载的Pt层厚度为5nm，所述Mo:BiVO4层为将BiVO4中3％的V原子替代为Mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3％(CMo/CV)；
...【技术特征摘要】
1.一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述水氧化光阳极为层状，包括n-si衬底，在n-si衬底上依次负载了pt层和mo:bivo4层。
2.根据权利要求1所述的一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述n-si衬底表面呈高度为5-20μm的正金字塔型突起，正金字塔的底边边长为2-6μm，紧密排列。
3.根据权利要求1所述的一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述n-si衬底上负载的pt层厚度为5-12nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结的水氧化光阳极，其特征在于，所述mo:bivo4层为将bivo4中3％-6％的v原子替代为mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3-6％(cmo/cv)。
5.一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结水氧化光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于n-si/pt/mo:bivo4z型异质结水氧化光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中刻蚀用的碱液为0.5-1mol/lnaoh和0.1-0.5mol/lna2sio3的混合溶液，刻蚀温度为75-80℃，刻蚀时间为20-30min；hf溶液浓度为3...
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