【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电极，具体涉及一种n-gaas/nio异质结光电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、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。近年来，ⅲ-ⅴ族化合物纳米柱在pec分解水领域具有广阔的应用前景，相较于宽禁带半导体gan、aln，gaas、inn等窄禁带半导体表现出更强的吸光能力与光响应。其中gaas(eg:1.4ev)具有显著的e-/h+迁移率，并且由于其优异的光学性质和合适的能带电位，需要很小的正起始电位来驱动水氧化。但是由于表面电荷的快速复合降低了整体效率，gaas容易受到腐蚀等问题，光电极的pec分解水性能存在着较大的瓶颈，目前制氢效率不高，离工业化生产仍存在着一定距离。
2、为了解决该问题，对制备的光电极进行电化学改性构建异质结，不仅可以在一定程度上促进光生空穴的传输和析氧反应的进行，还可以起到保护层的作用，以防止底层的gaas发生腐蚀而降低光电性能。因此，对制备的光电极进行电化学改性，这对于实现gaas水分解产业化进程具有重要的研究意义。
3、现有文献公开了一种通过外延剥离和转移技术在柔性基底上制备ingap/gaas异质结的应用实例(varadhan p,fu h c,kao y c,et al.an efficient and stablephotoelectrochemical system with 9％solar-to-hydrogen conversion efficiencyvia
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对gaas表面电荷快速复合的不足，提供一种n-gaas/nio异质结光电极材料及其制备方法与应用。本专利技术通过对制备的光电极进行电化学改性，促进了光生空穴的传输，有效提升光电流密度，明显降低了光电极的起始电位，并实现了高效的光电解水性能。本专利技术的光电极材料制备方法简易、成本低、稳定性好，为推动gaas基光电极pec水分解产业化进程提供了良好的基础。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
3、一种n-gaas/nio异质结光电极材料，包括自下而上的背面电极、n-gaas和nio。
4、优选的，所述n-gaas的载流子浓度达1.0×1018cm-3。
5、优选的，所述n-gaas中含有10％si掺杂。
6、优选的，所述背面电极为au。
7、优选的，所述au的厚度为100～120nm，nio的厚度为20～40nm。
8、以上任一项所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料的制备方法，包括以下步骤：
9、(1)采用电子束蒸发技术在n-gaas上蒸镀au金属与ni金属，并进行退火；
10、(2)将步骤(1)所得的n-gaas/ni在电解质溶液中施加电压进行线性扫描伏安法电化学改性处理；所述处理过程包括每一轮从0.35～0.75v vs.agcl进行电解，处理轮数为0轮-60轮。
11、优选的，步骤(1)所述蒸镀的具体条件为：au金属蒸镀速率为0.4～ni金属蒸镀速率为0.2～所述退火的温度为300～330℃，退火时间为30～60秒。
12、进一步优选的，步骤(1)所述蒸镀的具体条件为：au金属蒸镀速率为ni金属蒸镀速率为所述退火的温度为330℃，退火时间为30秒。
13、优选的，步骤(1)所述蒸镀ni金属的厚度为20～40nm，进一步优选为20nm；au金属的厚度为100～120nm，进一步优选为120nm。
14、优选的，步骤(2)所述电解质溶液为na2so4溶液，ph为4～6。
15、进一步优选的，na2so4溶液的浓度为0.1m，ph为5.91。
16、优选的，步骤(2)所述处理轮数为10轮-15轮。
17、优选的，所述光电极材料是用au电极将导线与所述n-gaas/ni光电极材料的背面相连而成。
18、以上任一项所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料在光电催化制氢中的应用，所述n-gaas/nio异质结光电极材料为光阳极。
19、所述的光电极在水分解的应用，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，光电极进行水分解。
20、优选的，所述电解液的ph为5.91；所述的太阳光照射方式为平行光照射。
21、本专利技术通过对制备的光电极进行电化学改性，促进了光生空穴的传输，有效提升光电流密度，明显降低了光电极的起始电位，并实现了高效的光电解水性能。本专利技术的电化学改性方法，工艺简单、成本低；同时，大幅度强化光电极的析氢性能，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。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
23、(1)本专利技术的方案更加高效、经济。本专利技术制备的n-gaas/nio异质结是通过电化学改性的方式实现的，相比起传统的自旋涂覆、外延剥离和转移技术等手段更加简易，且时间经济成本都较为低廉。
24、(2)本专利技术通过电化学改性制备的n-gaas/nio异质结可以更好地促进光生电子空穴对的分离，从而显著提高光电流。
25、(3)本专利技术通过电化学改性，可以将蒸镀在n-gaas上的ni金属氧化成nio(电化学改性后的拉曼峰与nio相吻合，见图4)，作为保护层防止n-gaas在反应过程中受到腐蚀，进一步增强光电极的稳定性，从而改善器件的光电性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料，其特征在于，包括自下而上的背面电极、n-GaAs和NiO。
2.根据权利要求1所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料，其特征在于，所述背面电极为Au。
3.根据权利要求1所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料，其特征在于，所述背面电极的厚度为100～120nm，NiO的厚度为20～40nm。
4.根据权利要求1所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料，其特征在于，所述n-GaAs的载流子浓度达1.0×1018cm-3。
5.权利要求1-4任一项所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述背面电极金属为Au金属；所述蒸镀的具体条件为：Au金属蒸镀速率为Ni金属蒸镀速率为所述退火的温度为300～330℃，退火时间为30～60秒。
7.根据权利要求5所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料的制备方
8.根据权利要求5所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电解质溶液为Na2SO4溶液，pH为4～6。
9.根据权利要求5所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述处理轮数为10轮-15轮。
10.权利要求1-4任一项所述的一种n-GaAs/NiO异质结光电极材料在光电催化制氢中的应用，其特征在于，所述n-GaAs/NiO异质结光电极材料为光阳极。
...【技术特征摘要】
1.一种n-gaas/nio异质结光电极材料，其特征在于，包括自下而上的背面电极、n-gaas和nio。
2.根据权利要求1所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料，其特征在于，所述背面电极为au。
3.根据权利要求1所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料，其特征在于，所述背面电极的厚度为100～120nm，nio的厚度为20～40nm。
4.根据权利要求1所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料，其特征在于，所述n-gaas的载流子浓度达1.0×1018cm-3。
5.权利要求1-4任一项所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种n-gaas/nio异质结光电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述背面电极金属为au...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，王燕玲，谢少华，王俊锟，梁杰辉，李相融，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。