一種碲化鎘量子點(diǎn)敏化氧化鎳光電極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碲化鎘量子點(diǎn)敏化氧化鎳光電極制備方法。以碲化鎘量子點(diǎn)為光敏劑，在存在助催化劑鎳鹽和低的過(guò)電勢(shì)情況下，通過(guò)光電化學(xué)方法制備高效光電極建立光電催化分解水產(chǎn)氫的方法，可以簡(jiǎn)單快捷實(shí)現(xiàn)由碲化鎘量子點(diǎn)通過(guò)吸收可見(jiàn)光子原位制備高效光電極并分解水制氫。本方法無(wú)需鉑等貴金屬材料，就可以在光照下原位生成高效穩(wěn)定、成本低、合成簡(jiǎn)便的光電極進(jìn)行催化產(chǎn)氫。
【專利說(shuō)明】一種硫化鎘量子點(diǎn)敏化氧化鏡光電極的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種負(fù)載鎳鹽的碲化鎘量子點(diǎn)敏化氧化鎳光電極的制備方法，屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】和光電催化制氫領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]全球能源危機(jī)的日益嚴(yán)重使新型能源的研究備受世界各國(guó)的關(guān)注。其中氫氣因其來(lái)源豐富、清潔無(wú)污染、燃燒高效等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的能源載體。分解水制氫是有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的重要方法之一。而利用太陽(yáng)能分解水產(chǎn)氫，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)于氫能源中的化學(xué)能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價(jià)、便捷的方法。半導(dǎo)體光電極是光電化學(xué)產(chǎn)氫的關(guān)鍵。N1作為傳遞空穴的P型半導(dǎo)體，具有較寬的帶隙，良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。而量子點(diǎn)因其獨(dú)特的光電性能和低廉的成本被用作敏化劑，常用的量子點(diǎn)材料一般是PbS、CdSe, CdS和CdTe等，由于CdTe有較高的光學(xué)系數(shù)和較窄的帶隙，可以有效的吸收可見(jiàn)光從而被廣泛的研究。N1與量子點(diǎn)復(fù)合制備光電極，利用多激子效應(yīng)，可以有效地提高光電流，快速導(dǎo)走光激發(fā)產(chǎn)生的空穴，避免電子與空穴的復(fù)合。
[0003]光電催化產(chǎn)氫中電極的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制備工藝的優(yōu)化對(duì)降低電極成本、提高催化劑利用率及降低電解能耗起到非常重要的作用。Pt等貴金屬具有十分優(yōu)良的催化活性，但由于價(jià)格昂貴，難以在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用，因此，研究開(kāi)發(fā)低成本、高活性、且產(chǎn)氫電位低的非貴金屬材料新型光電陰極非常重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載鎳鹽的碲化鎘量子點(diǎn)敏化氧化鎳光電極的制備方法，以碲化鎘量子點(diǎn)為光敏劑吸收可見(jiàn)光，在存在助催化劑鎳鹽和低的過(guò)電勢(shì)情況下，通過(guò)光電化學(xué)方法制備高效光電極光電催化分解水產(chǎn)氫的方法，可以簡(jiǎn)單快捷實(shí)現(xiàn)由碲化鎘量子點(diǎn)通過(guò)吸收可見(jiàn)光子原位制備高效光電極并分解水制氫。本方法無(wú)需鉬等貴金屬材料，就可以在光照下原位生成高效穩(wěn)定、成本低、合成簡(jiǎn)便的光電極進(jìn)行催化產(chǎn)氫。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006](I)MPA-CdTe的制備:采用碲粉為碲源，以硼氫化鈉和碲粉的摩爾比為2: I還原碲粉生成NaHTe，以CdCl2.2.5H20為鎘源，巰基丙酸為穩(wěn)定劑，在Cd: MPA: Te =1: 2.4: 0.5的摩爾比下溶解于水中并攪拌，同時(shí)用lmol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH約為11，得到Cd的前驅(qū)液；將配置好的NaHTe和Cd的前驅(qū)液加入三口燒瓶，攪拌并通氮?dú)?0min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流，反應(yīng)時(shí)間以5小時(shí)為宜，反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs ；
[0007](2) ITO導(dǎo)電玻璃預(yù)處理:丙酮浸泡2h，乙醇浸泡2h，然后在KOH的異丙醇溶液中加熱回流15min，取出用去離子水清洗，干燥；
[0008](3) N1 電極的制備:將 0.25mol/L 的 Ni (NO3) 2.6H20 和 0.25mol/L 的 C6H12N4 混合溶于水中，充分?jǐn)嚢枞芙?；將ITO玻璃加入上述溶液，加熱12min，取出自然冷卻至室溫，去離子水洗滌，風(fēng)干，馬弗爐中300°C下煅燒30min，即可得到N1電極；
[0009](4)MPA-CdTe QDs光電極的制備:將制得的MPA-CdTe QDs溶液調(diào)節(jié)pH約為10，放入制好的N1電極，黑暗情況下吸附12h，取出干燥，即可得到N1/CdTe QDs電極；
[0010](5)采用CHI600電化學(xué)工作站，以步驟(4)中的電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl 為參比電極，置于由 0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl 配置而成的緩沖液中，加入1.0X 10_3 mo I/L NiCl2.6Η20作為助催化劑，使其處于密封的氮?dú)夥諊?，在波長(zhǎng)大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)本發(fā)明中MPA-CdTe的制備方法操作簡(jiǎn)單，原料易得。
[0013](2)本發(fā)明利用水熱法制備N1電極，簡(jiǎn)單易行，成本低廉。
[0014](3)本發(fā)明利用量子點(diǎn)和無(wú)機(jī)鹽的結(jié)合，有效地提高光電流，快速導(dǎo)走光激發(fā)產(chǎn)生的空穴，避免電子與空穴的復(fù)合。
[0015](4)本發(fā)明通過(guò)碲化鎘量子點(diǎn)通過(guò)吸收可見(jiàn)光子原位制備高效光電極并分解水制氫。
[0016](5)本發(fā)明降低了光電催化產(chǎn)氫的過(guò)電勢(shì)，提高了光電催化產(chǎn)氫的性能和電極的穩(wěn)定性，法拉第效率接近100%。
[0017](6)本發(fā)明利用非貴金屬材料進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫，價(jià)格便宜，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例1中CdTe QDs的Uvvis譜圖；
[0019]圖2為實(shí)施例1中N1電極和N1/CdTe電極的SEM照片；
[0020]圖3為實(shí)施例1中N1/CdTe電極的XPS譜圖；
[0021]圖4為實(shí)施例1中A為N1電極和N1/CdTe電極對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的電流-時(shí)間圖，(B)為N1/CdTe電極對(duì)黑暗情況和可見(jiàn)光響應(yīng)的電壓-電流圖；
[0022]圖5為實(shí)施例2、3、4中A為工作電極對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的電流-時(shí)間圖，(B)為工作電極對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的電壓-電流圖。其中a為實(shí)例2的反應(yīng)條件，b為實(shí)例3的反應(yīng)條件，c為實(shí)例4的反應(yīng)條件；
[0023]圖6為實(shí)施例2、3、4、5、6中不同條件下光電催化產(chǎn)氫圖。其中A為實(shí)例5的反應(yīng)條件，B為實(shí)例6的反應(yīng)條件，C為實(shí)例3的反應(yīng)條件，D為實(shí)例2的反應(yīng)條件，E為實(shí)例4的反應(yīng)條件；
[0024]圖7為實(shí)施例7中N1/CdTe電極在含氧催化體系中的電流、電荷-時(shí)間圖；
[0025]圖8為實(shí)施例2中反應(yīng)前后電極上S元素的XPS譜圖；
[0026]圖9為實(shí)施例2中反應(yīng)前后電極上Ni元素的XPS譜圖；
[0027]圖10為實(shí)施例2中反應(yīng)后電極的XRD譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為了更具體的說(shuō)明本發(fā)明的方法，下面給出本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于此。
[0029]實(shí)施例1
[0030](I)MPA-CdTe的制備:采用碲粉為碲源，以硼氫化鈉和碲粉的摩爾比為2: I還原碲粉生成NaHTe，以CdCl2.2.5H20為鎘源，巰基丙酸為穩(wěn)定劑，在Cd: MPA: Te =1: 2.4: 0.5的摩爾比下溶解于水中并攪拌，同時(shí)用lmol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH約為11，得到Cd的前驅(qū)液。將配置好的NaHTe和Cd的前驅(qū)液加入三口燒瓶，攪拌并通氮?dú)?0min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流，反應(yīng)時(shí)間以5小時(shí)為宜，反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs0
[0031](2) ITO導(dǎo)電玻璃預(yù)處理:丙酮浸泡2h，乙醇浸泡2h，然后在KOH的異丙醇溶液中加熱回流15min,取出用去離子水清洗,干燥。
[0032](3) N1 電極的制備:將 0.25mol/L 的 Ni (NO3) 2.6H20 和 0.25mol/L 的 C6H12N4 混合溶于水中，充分?jǐn)嚢枞芙狻TO玻璃加入上述溶液，加熱12min，取出自然冷卻至室溫，去離子水洗滌，風(fēng)干，馬弗爐中300°C下煅燒30min，即可得到N1電極。
[0033](4)MPA-CdTe QDs光電極的制備:將制得的MPA-CdTe QDs溶液調(diào)節(jié)pH約為10，放入制好的N1電極，黑暗情況下吸附12h，取出干燥，即可得到N1/CdTe QDs電極。
[0034]將制備好的電極N1和N1/CdTe進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)(如圖2所示)、X射線光電子能譜(XPS)(如圖3所示)和光電性能表征(如圖4所示)。
[0035]實(shí)施例2
[0036]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl 為參比電極，置于由 0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl 配置而成的緩沖液中，加入1.0X10_3mol/L NiCl2.6Η20作為助催化劑，使其處于密封的氮?dú)夥諊?，在波長(zhǎng)大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣，用X射線光電子能譜(XPS)(如圖8，9所示)和X射線晶體粉末衍射(XRD)(如圖10所示)等分析表明量子點(diǎn)和鎳鹽在光照下自組裝生成負(fù)載鎳鹽的光電極。
[0037]實(shí)施例3
[0038]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，置于由0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl配置而成的緩沖液中，加入1.0X10_3mol/L NiCl2.6H20作為助催化劑，使其處于密封的氮?dú)夥諊?，在波長(zhǎng)大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣。
[0039]實(shí)施例4
[0040]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl 為參比電極，置于由 0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl 配置而成的緩沖液中，使其處于密封的氮?dú)夥諊?，在波長(zhǎng)大于400nm的氙燈下照射，電壓為_(kāi)0.643V下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣。
[0041]實(shí)施例5
[0042]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，置于由0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl配置而成的緩沖液中，加入1.0X10_3mol/L NiCl2.6H20作為助催化劑。將氮?dú)馔ㄈ敕磻?yīng)裝置，在波長(zhǎng)大于400nm的氙燈下照射，電壓為OV下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣。
[0043]實(shí)施例6
[0044]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl 為參比電極，置于由 0.30mol/L C6H12N4,0.20mol/L KC1，0.1OmoI/L HCl 配置而成的緩沖液中，加入1.0X10_3mol/L NiCl2.6H20作為助催化劑。將氮?dú)馔ㄈ敕磻?yīng)裝置，在黑暗情況下，電壓為-0.643V下進(jìn)行光電催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測(cè)反應(yīng)中生成的氫氣。
[0045]實(shí)施例7
[0046]采用CHI600電化學(xué)工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，置于0.1OmoI/L KCl的緩沖液中，在空氣將氮?dú)馔ㄈ敕磻?yīng)裝置，在黑暗情況下，電壓為-0.3V下進(jìn)行光電催化實(shí)驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種碲化鎘量子點(diǎn)即CdTe QDs敏化氧化鎳光電極的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟: (1)MPA-CdTe的制備:采用碲粉為碲源，以硼氫化鈉和碲粉的摩爾比為2: I還原碲粉生成NaHTe，以CdCl2.2.5H20為鎘源，巰基丙酸即MPA為穩(wěn)定劑，在Cd: MPA: Te =1: 2.4: 0.5的摩爾比下溶解于水中并攪拌，同時(shí)用lmol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH約為11，得到Cd的前驅(qū)液。將配置好的NaHTe和Cd的前驅(qū)液加入三口燒瓶，攪拌并通氮?dú)?0min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs ； (2)ITO導(dǎo)電玻璃預(yù)處理:丙酮浸泡2h，乙醇浸泡2h，然后在KOH的異丙醇溶液中加熱回流15min,取出用去離子水清洗,干燥；
(3)N1 電極的制備:將 0.25mol/L 的 Ni (NO3)2.6H20 和 0.25mol/L 的 C6H12N4 混合溶于水中，充分?jǐn)嚢枞芙?，將步驟(2)中處理好的ITO玻璃加入上述溶液，加熱12min，取出自然冷卻至室溫，去離子水洗滌，風(fēng)干，馬弗爐中300°C下煅燒30min，即可得到N1電極； (4)MPA-CdTeQDs光電極的制備:將步驟(I)中制得的MPA-CdTe QDs溶液調(diào)節(jié)pH約為10，放入制好的N1電極，黑暗情況下吸附12h，取出干燥，即可得到N1/CdTe QDs電極。
【文檔編號(hào)】C25B11/06GK104451765SQ201410841085
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】董玉明, 毋瑞仙, 陸可鈺, 蔣平平, 王光麗 申請(qǐng)人:江南大學(xué)