【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电极材料，特别涉及一种inn/coni-mof异质结光电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着时代进步与科技发展，能源已经成为影响人类社会的一个重要因素。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源在世界的经济发展中依然占有举足轻重的作用，但是这些资源在地球上的储量却很有限。面对这些问题与挑战，光电化学(photoelectrochemical，pec)分解水制氢能够将太阳能有效地转换和存储为清洁的、可再生的氢能。但目前制氢效率并不高，产量有待提高，离工业化生产仍存在着一定距离，主要原因是半导体研制在光生载流子、能带结构、光响应等难点上难以突破。
2、各种磷化物、氧化物可与大部分的半导体光解水材料结合以实现高效的光解水反应。金属有机骨架(mof)作为一种具有永久多孔性的配位聚合物，发展迅速，可应对生物、能源和环境领域的许多挑战，如气体分离、有机污染物吸附、催化反应、化学传感、生物医学和气体储存。
3、在文献zhou,shiqianchen,kaiyihuang,jingweiwang,leizhang,mingyibai,boliu,huiwang,qizhao.preparation of heterometallic coni-mofs-modified bivo4:asteady photoanode for improved performance in photoelectrochemical watersplitting[j].applied catalysis,b.enviro
4、在文献“kim,s.,pena,t.a.d.,seo,s.,choi,h.,&lee,s..(2021).co-catalyticeffects of bi-based metal-organic framework on bivo4 photoanodes forphotoelectrochemical water oxidation.applied surface science,150357.”中，改用多级浸泡法形成mof/bivo4异质结。该方法直接将bivo4放入mof前驱体中，在室温下多级浸渍。虽然能够成功形成mof薄膜，但是室温浸泡的处理方法让异质结缺陷多，有严重边界效应，降低器件光电性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种inn/coni-mof异质结光电极材料及其制备方法与应用。以解决目前传统合成异质结技术存在的样品界面缺陷严重，界面难以调控，不适用inn光电极的问题。同时，该制备方法工艺简单、成本低，为其它半导体复合催化材料的制备提供了一种新型的思路。
2、本专利技术的inn/coni-mof异质结光电极材料包括衬底、生长在衬底上的inn纳米柱、负载在inn纳米柱表面的层状双金属氢氧化物结构(ldh)、以及以ldh为基底合成的coni-mof结构。本专利技术所制备的inn/coni-mof异质结光电极，ldh结构可控制mof合成形貌质量，mof结构可以有效增加催化活性位点，提高inn纳米柱光生载流子的输运特性，从而显著提高inn纳米柱的光电转换效率；同时，本专利技术所提出的可以解决mof在纳米柱上生长调控困难的问题，为mof在其他衬底上的制备提供新的思路。最后，本专利技术的inn/coni-mof异质结光电极材料具有较多的催化位点，对太阳光有较强的吸收，适用于光电解水产氢。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
4、一种inn/coni-mof异质结光电极材料的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)采用分子束外延生长工艺在衬底上生长inn纳米柱；
6、(2)采用三电极系统，步骤(1)生长inn纳米柱的衬底作为工作电极，使用非还原性二价镍盐和非还原性二价钴盐的溶液作为电解质，5-15ma/cm2的电流密度条件下进行电沉积100-140s，得到沉积nico-ldh的衬底；
7、(3)将对苯二甲酸溶解于dmf、h2o和乙醇的混合溶剂中，加入步骤(2)沉积nico-ldh的衬底，130-150℃温度条件下水热反应16-24小时，得到inn/coni-mof异质结光电极材料。
8、优选的，步骤(1)所述分子束外延生长工艺的参数为：控制衬底的温度为450～550℃，衬底转速为5～10r/min，in束流等效压强为1.0×10-8～5×10-7torr，氮气流量为1～5sccm，等离子体源功率为200～400w，生长时间为1～3h。
9、优选的，步骤(2)所述非还原性二价镍盐为nicl2；所述非还原性二价钴盐为cocl2；
10、优选的，步骤(2)所述非还原性二价镍盐的浓度为0.05-1mol/l；所述非还原性二价钴盐的浓度为0.05 -1mol/l；
11、进一步优选的，步骤(2)所述非还原性二价镍盐的浓度为0.05mol/l；所述非还原性二价钴盐的浓度为0.05mol/l；
12、优选的，步骤(2)所述工作电极的面积为0.5-1.5cm2；
13、进一步优选的，步骤(2)所述工作电极的面积为0.5cm2。
14、优选的，步骤(2)所述电沉积的电流为恒定电流。
15、优选的，步骤(2)所述电沉积的电流密度为10ma/cm2，时间为120s；
16、优选的，步骤(3)所述水热反应的温度为140℃，时间为24小时；
17、优选的，步骤(3)所述混合溶剂中dmf、h2o和乙醇的体积比为30-34：1.5-2.5：2；
18、进一步优选的，步骤(3)所述混合溶剂中dmf、h2o和乙醇的体积比为32：2：2；
19、优选的，步骤(3)所述对苯二甲酸和混合溶剂的质量体积比为2g：34-38ml；
20、进一步优选的，步骤(3)所述对苯二甲酸和混合溶剂的质量体积比为2g：36ml。
21、优选的，步骤(3)所述三电极系统还包括参比电极和对电极；所述参比电极为agcl2电极；所述对电极为pt板电极。
22、上述的制备方法制备的inn/coni-mof异质结光电极材料，包括衬底，所述衬底上生长有inn纳米柱，所述inn纳米柱表面生长有coni-ldh，所述coni-ldh表面生长有coni-mof；所述coni-mof为coni-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种InN/CoNi-MOF异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分子束外延生长工艺的参数为：控制衬底的温度为450～550℃，衬底转速为5～10r/min，In束流等效压强为1.0×10-8～5×10-7Torr，氮气流量为1～5sccm，等离子体源功率为200～400W，生长时间为1～3h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述非还原性二价镍盐为NiCl2；所述非还原性二价钴盐为CoCl2；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积的电流密度为10mA/cm2，时间为120s；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述水热反应的温度为140℃，时间为24小时；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合溶剂中DMF、H2O和乙醇的体积比为32：2：2；
7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的InN/CoNi-MOF异质结光电极材
8.根据权利要求7所述的InN/CoNi-MOF异质结光电极材料，其特征在于，所述InN纳米柱的高度为100～400nm，直径为30～100nm，密度为100～300μm-2；所述衬底为Si衬底。
9.权利要求7～8任一项所述的InN/CoNi-MOF异质结光电极材料在光电化学水分解制氢中的应用，其特征在于，所述InN/CoNi-MOF异质结光电极材料作为光阳极。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光电化学水分解制氢的体系包括光阳极、光阴极、电解液、光源和电解池；所述光阳极与光阴极分别置于电解液中，在太阳光照射下，对光阳极和光阴极外加偏压进行氢气的制备。
...【技术特征摘要】
1.一种inn/coni-mof异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分子束外延生长工艺的参数为：控制衬底的温度为450～550℃，衬底转速为5～10r/min，in束流等效压强为1.0×10-8～5×10-7torr，氮气流量为1～5sccm，等离子体源功率为200～400w，生长时间为1～3h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述非还原性二价镍盐为nicl2；所述非还原性二价钴盐为cocl2；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积的电流密度为10ma/cm2，时间为120s；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述水热反应的温度为140℃，时间为24小时；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合溶剂中dmf、h2o和乙醇的体积比为32：2：2；
7.权利要求1-6任...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，吴浩扬，王俊锟，谢少华，王文樑，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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