【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电催化，特别涉及一种界面自适应复合电极及其构建方法和应用。
技术介绍
1、光电化学(pec)水裂解是一种很有前途的将太阳能转化为氢资源的方法，有助于缓解化石燃料的能源危机。然而，光电阳极的太阳能转换效率较低，限制了pec电池在制氢方面的工业应用。为了提高太阳能的利用效率，人们研究了具有窄带隙的半导体材料来取代首次发现的二氧化钛阳极。在研究最多的材料中，bivo4由于其相对较低的带隙和有利的价带位置而被认为是最有市场价值的半导体光电材料之一。但bivo4仍然存在水氧化动力学缓慢和载流子迁移能力差的问题，限制了其对太阳能向氢的催化转化效率。
2、为了克服太阳水氧化的障碍，科学家们做了一系列包括元素掺杂、形态工程、异质结构设计、氧演化催化剂(oecs)层加载、晶面工程、等离子体增强等方面的尝试，并已经取得了令人瞩目的成就。然而通常情况下，传统方法改进的阳极，总具有固定的催化性能和表面化学状态，不会通过二次提高而获得更高的太阳能转换性能。除了传统的技术外，原位工艺的后改性方法最近已经成为一种简单有效的策略，同时可以实现阳极界面态的自适应的最佳水氧化反应。cugas2作为一种带隙值相近于氧硫化镉的p型半导体，在光电、发光二极管和光催化方面的应用引起了广泛的关注。然而，即使在阳极中具有可预测的优越电荷迁移特性，光腐蚀(光氧化)也会极大地阻碍其对pec性能的促进。鉴于此，有必要提供一种制备效果优良、使用寿命极高、制备工艺简单、且具有工业前景的构建界面自适应复合电极的方法。
技术实现思路<
1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于设计提供一种界面自适应复合电极及其构建方法。本专利技术构建方法在fto玻璃基片表面电沉积一层具有单斜相的bivo4纳米薄膜，以此获取bivo4阳极，并在bivo4阳极上原子沉积一层zno，并继续在其表面负载cugas2分散液合成bvo-zo-cgs阳极。最后，在所合成bvo-zo-cgs阳极表面再次原子沉积zno层构建bvo-zo-cgs-zo复合阳极。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种界面自适应复合电极，所述复合电极包含具有单斜相的bivo4阳极，和其上沉积的第一zno层；所述第一zno层上负载有cugas2纳米颗粒，所述cugas2纳米颗粒上沉积有第二zno层。
4、第二方面，本专利技术提供了所述的一种界面自适应复合电极的构建方法，包括以下步骤：
5、(1)选取基片进行预处理；本专利技术通过对fto玻璃基片进行预处理可以去除基片表面附着的污染物，保证基片表面平整干净，改善基片导电侧的亲水性，从而有利于bioi纳米颗粒在基片表面的均匀生长。
6、(2)称取bi(no3)3·5h2o和ki配制电解溶液，调节ph至1.6-1.7，通过三电极系统对预处理后的基片进行电沉积，清洗后室温干燥，滴加乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，退火，用氢氧化钠溶液浸泡，真空烘箱干燥，获得bivo4纳米薄膜阳极；
7、(3)将步骤(2)获得的bivo4纳米薄膜阳极置于原子层沉积系统中沉积第一zno层，获得bvo-zo阳极；
8、(4)配制cugas2辛烷分散液，并滴加于步骤(3)获得的bvo-zo阳极表面，在n2氛围下高温煅烧，合成bvo-zo-cgs复合阳极；
9、(5)在步骤(4)获得bvo-zo-cgs复合阳极表面沉积第二zno层，获得bvo-zo-cgs-zo界面自适应复合电极。
10、所述的构建方法，步骤(1)中所述基片为fto玻璃基片、ito玻璃、金属基片或碳质基片中的一种；
11、优选，所述fto玻璃基片的厚度为2.0～2.2mm，透光率为80％以上，方阻6～7ω，fto膜层厚度为300～350nm。
12、所述的构建方法，步骤(1)中所述预处理的方法为：
13、将基片剪成块状，依次浸入无水乙醇、丙酮、去离子水、浓硫酸和过氧化氢的混合溶液中超声处理10～20min，浸泡在水中静置5～15min(用以除去上述超声清洗过程中的各溶剂残留)，浸泡于无水乙醇中10～20min，干燥处理；
14、所述浓硫酸和过氧化氢的混合溶液中浓硫酸和过氧化氢的体积比3:1～2:1。
15、所述的构建方法，步骤(2)中所述电解溶液中bi(no3)3·5h2o与水的质量体积比为0.3～0.5g:25ml，所述ki的浓度为0.3～0.5m；
16、所述退火的条件为：温度300～600℃，时间1～5h；
17、所述烘箱干燥的条件为：温度40～80℃，时间60～300min；
18、所述氢氧化钠溶液的物质的量浓度为0.5～1m。
19、所述的构建方法，步骤(2)中所述三电极系统中预处理后的基片作为工作电极，饱和ag/agcl作为参比电极，铂箔作为对电极，工作电压为-0.2到-0.1v，电沉积时间为3～10min。
20、所述的构建方法，步骤(3)中所述沉积的循环次数为100～400次；其中，一个沉积周期中，二乙基锌和水的脉冲时间分别设置为20s和25s。
21、所述的构建方法，步骤(4)中所述高温煅烧的条件为：温度140～160℃，时间0.5～1h。
22、cugas2辛烷分散液的配制方法，具体包括下述步骤：
23、将碘化亚铜、三碘化镓、硫粉、1-十二硫醇和油胺置于50毫升的三颈圆底烧瓶中，经过氮气净化过程后加热至120℃。然后，再将cugas2纳米颗粒的生长温度提高到240℃。
24、5min后，将反应器在水浴中快速冷却到室温，之后采用辛烷和乙酸甲酯混合溶液离心纯化产物，得到cugas2纳米颗粒，并分散在1.5ml的辛烷中。
25、所述的构建方法，步骤(5)中沉积的循环次数为100～400次。
26、第三方面，本专利技术提供了所述的界面自适应复合电极在太阳能转化为氢中的应用。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
28、本专利技术界面自适应复合电极中cugas2纳米颗粒作为复合阳极表面和本体的空穴输运层，显著改善了bivo4的催化环境。串联的纳米结构极大地促进了bivo4的电荷分离，进一步克服了阳极电荷复合和高催化势垒的问题。与此同时，经过两层zno材料的包裹封装，最大程度上降低了光阳极材料的光腐蚀，极大延长了复合阳极的寿命，最终实现最优的太阳能转化反应。此外，这种构建方法活性材料的用量省，成本低，寿命长，易于操作，清洁高效，并且极具工业化大规模生产潜力。
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1.一种界面自适应复合电极，其特征在于，所述复合电极包含具有单斜相的BiVO4阳极，和其上沉积的第一ZnO层；所述第一ZnO层上负载有CuGaS2纳米颗粒，所述CuGaS2纳米颗粒上沉积有第二ZnO层。
2.如权利要求1所述的一种界面自适应复合电极的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述基片为FTO玻璃基片、ITO玻璃、金属基片或碳质基片中的一种；
4.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述预处理的方法为：
5.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解溶液中Bi(NO3)3·5H2O与水的质量体积比为0.3～0.5g:25mL，所述KI的浓度为0.3～0.5M；
6.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述三电极系统中预处理后的基片作为工作电极，饱和Ag/AgCl作为参比电极，铂箔作为对电极，工作电压为-0.2到-0.1V，电沉积时间为3～10min。
7.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，
8.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(4)中所述高温煅烧的条件为：温度140～160℃，时间0.5～1h。
9.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(5)中沉积的循环次数为100-400次。
10.如权利要求1所述的界面自适应复合电极在太阳能转化为氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种界面自适应复合电极，其特征在于，所述复合电极包含具有单斜相的bivo4阳极，和其上沉积的第一zno层；所述第一zno层上负载有cugas2纳米颗粒，所述cugas2纳米颗粒上沉积有第二zno层。
2.如权利要求1所述的一种界面自适应复合电极的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述基片为fto玻璃基片、ito玻璃、金属基片或碳质基片中的一种；
4.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述预处理的方法为：
5.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解溶液中bi(no3)3·5h2o与水的质量体积比为0.3～0.5g:25ml，所述ki的浓度为0.3～0.5m；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，马明，李蒋，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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