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

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

【背景技術】
[0002]全球能源危機的日益嚴重使新型能源的研究備受世界各國的關注。其中氫氣因其來源豐富、清潔無污染、燃燒高效等優(yōu)點，被認為是最理想的能源載體。分解水制氫是有可能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的重要方法之一。而利用太陽能分解水產(chǎn)氫，將太陽能轉(zhuǎn)換為存儲于氫能源中的化學能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價、便捷的方法。半導體光電極是光電化學產(chǎn)氫的關鍵。N1作為傳遞空穴的P型半導體，具有較寬的帶隙，良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。而量子點因其獨特的光電性能和低廉的成本被用作敏化劑，常用的量子點材料一般是PbS、CdSe, CdS和CdTe等，由于CdTe有較高的光學系數(shù)和較窄的帶隙，可以有效的吸收可見光從而被廣泛的研究。N1與量子點復合制備光電極，利用多激子效應，可以有效地提高光電流，快速導走光激發(fā)產(chǎn)生的空穴，避免電子與空穴的復合。
[0003]光電催化產(chǎn)氫中電極的選擇、結(jié)構的設計及制備工藝的優(yōu)化對降低電極成本、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，但由于價格昂貴，難以在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用，因此，研究開發(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載鎳鹽的碲化鎘量子點敏化氧化鎳光電極的制備方法，以碲化鎘量子點為光敏劑吸收可見光，在存在助催化劑鎳鹽和低的過電勢情況下，通過光電化學方法制備高效光電極光電催化分解水產(chǎn)氫的方法，可以簡單快捷實現(xiàn)由碲化鎘量子點通過吸收可見光子原位制備高效光電極并分解水制氫。本方法無需鉬等貴金屬材料，就可以在光照下原位生成高效穩(wěn)定、成本低、合成簡便的光電極進行催化產(chǎn)氫。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(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，攪拌并通氮氣20min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流，反應時間以5小時為宜，反應結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs ；
[0007](2) ITO導電玻璃預處理: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，充分攪拌溶解；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電化學工作站，以步驟(4)中的電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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，使其處于密封的氮氣氛圍中，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0012](I)本發(fā)明中MPA-CdTe的制備方法操作簡單，原料易得。
[0013](2)本發(fā)明利用水熱法制備N1電極，簡單易行，成本低廉。
[0014](3)本發(fā)明利用量子點和無機鹽的結(jié)合，有效地提高光電流，快速導走光激發(fā)產(chǎn)生的空穴，避免電子與空穴的復合。
[0015](4)本發(fā)明通過碲化鎘量子點通過吸收可見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)氫的過電勢，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行光電催化產(chǎn)氫，價格便宜，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0028]為了更具體的說明本發(fā)明的方法，下面給出本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的應用不限于此。
[0029]實施例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，攪拌并通氮氣20min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流，反應時間以5小時為宜，反應結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs0
[0031](2) ITO導電玻璃預處理: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，充分攪拌溶解。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]實施例2
[0036]采用CHI600電化學工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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，使其處于密封的氮氣氛圍中，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。反應結(jié)束后，用熱導-氣相色譜檢測反應中生成的氫氣，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)等分析表明量子點和鎳鹽在光照下自組裝生成負載鎳鹽的光電極。
[0037]實施例3
[0038]采用CHI600電化學工作站，以N1電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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，使其處于密封的氮氣氛圍中，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。反應結(jié)束后，用熱導-氣相色譜檢測反應中生成的氫氣。
[0039]實施例4
[0040]采用CHI600電化學工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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，使其處于密封的氮氣氛圍中，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為_0.643V下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。反應結(jié)束后，用熱導-氣相色譜檢測反應中生成的氫氣。
[0041]實施例5
[0042]采用CHI600電化學工作站，以N1電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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。將氮氣通入反應裝置，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為OV下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。反應結(jié)束后，用熱導-氣相色譜檢測反應中生成的氫氣。
[0043]實施例6
[0044]采用CHI600電化學工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，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。將氮氣通入反應裝置，在黑暗情況下，電壓為-0.643V下進行光電催化產(chǎn)氫實驗。反應結(jié)束后，用熱導-氣相色譜檢測反應中生成的氫氣。
[0045]實施例7
[0046]采用CHI600電化學工作站，以N1/CdTe電極為工作電極，Pt網(wǎng)電極為對電極，Ag/AgCl為參比電極，置于0.1OmoI/L KCl的緩沖液中，在空氣將氮氣通入反應裝置，在黑暗情況下，電壓為-0.3V下進行光電催化實驗。
【權利要求】
1.一種碲化鎘量子點即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，攪拌并通氮氣20min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90°C加熱回流5小時，反應結(jié)束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe QDs ； (2)ITO導電玻璃預處理: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，充分攪拌溶解，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】C25B11/06GK104451765SQ201410841085
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權日: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 申請人:江南大學