基于p型铜基硫化物半导体薄膜的光电化学裂解水光阳极及其电极系统

技术领域

本发明涉及光电化学裂解水制氢领域，尤其涉及一种基于p型铜基硫化物半导体薄膜的光电化学裂解水光阳极及其电极系统。

背景技术

氢能作为一种高能量密度、零污染的清洁燃料，被认为是最有希望替代传统化石能源的新兴能源。光电化学裂解水技术正在作为一种新型的获取氢能的方式而被各国研究者广泛关注。其基本原理是利用光敏半导体受太阳光照射时产生电子空穴对，并在外加偏压的辅助下载流子转移进入电解液中进行裂解水反应。在常规的光阳极电极系统中，通常选用禁带宽度较大的n型半导体作为光阳极的吸光层，其较差的吸光能力导致电极系统整体转换效率低下。因此，通过特殊的结构设计及功能层修饰将较强光吸收能力的p型半导体制成光阳极对电极系统整体光转氢效率的提升具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种基于p型铜基硫化物(Cu

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于p型铜基硫化物半导体薄膜的光电化学裂解水的电极系统，包括，工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为Cu

进一步地，所述电子传输层选用CdS，其厚度为75～82nm；所述Cu

进一步地，所述缓冲层为MoO

进一步地，所述保护层为TiO

进一步地，所述析氧助催化剂层选用Co-Pi纳米颗粒或Ni金属薄膜，所述Co-Pi纳米颗粒的粒径为20～30nm，所述Ni金属薄膜的厚度为2～3nm。

进一步地，所述参比电极选用Ag/AgCl参比电极；所述对电极选用Pt对电极。

进一步地，还包括一电化学工作站，所述电化学工作站提供电压源，所述工作电极、参比电极和对电极连接至所述电化学工作站。

本发明的一方面还提供了基于p型铜基硫化物半导体薄膜的光电化学裂解水光阳极，包括，透明导电衬底、位于透明导电衬底上的电子传输层、位于电子传输层上的Cu

进一步地，所述电子传输层选用CdS，其厚度为75～82nm；所述Cu

进一步地，所述析氧助催化剂层选用Co-Pi纳米颗粒或Ni金属薄膜，所述Co-Pi纳米颗粒的粒径为20～30nm，所述Ni金属薄膜的厚度为2～3nm。

进一步地，所述透明导电衬底选用FTO衬底。

与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：本发明电极系统包含工作电极、参比电极和对电极，工作电极、参比电极和对电极之间提供有外加偏压，工作电极采用光阳极，该光阳极选用p型Cu

附图说明

图1为本发明一实施例Cu

图2为本发明一实施例中喷雾热解法制备Cu

图3为本发明一实施例制备的Cu

图4为本发明一实施例Cu

具体实施方式

接下来将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。

本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外，这些术语意在涵盖器件的不同取向。

另外，使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、区段等，并非意在进行限制。使用的“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，表示存在所陈述的元件或特征，但不排除额外的元件或特征。除非上下文明确做出不同表述。

本发明的一实施例提供一种用于光电化学裂解水的电极系统，如图1所示，在一优选实施例中，该电极系统为三电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极。

该工作电极为Cu

在一优选实施例中，参比电极选用Ag/AgCl参比电极，对电极选用Pt对电极。

在一实施例中，该电极系统还包括一电化学工作站，电化学工作站为电极系统提供外接偏压，工作电极、参比电极和对电极分别连接至电化学工作站。Cu

结合上述Cu

CdS电子传输层选用化学水浴沉积法生长在FTO导电衬底上。具体步骤为：首先，将导电衬底切割为所需大小，先后放入酒精和丙酮溶剂中进行为时30～45min的超声清洗，随后吹干备用；将11～13mmol/L的CdSO

Cu

MoO

TiO

析氧助催化剂层设置于保护层上。在一优选实施例中，析氧助催化剂选用Co-Pi纳米颗粒，Co-Pi纳米颗粒选用光电沉积工艺生长于保护层上。首先配制光电沉积反应液。将0.9～0.1mmol/L的Co(NO

在另一优选实施例中，析氧助催化剂选用Ni金属薄膜。Ni金属薄膜选用热蒸发法沉积于保护层上，其具体制备步骤为：以Ni金属颗粒为靶材，蒸镀气压控制为0.9×10

本发明提供的可用于光电化学裂解水产氧制氢的Cu

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。