通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法

摘要

本发明公开了一种通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法，用合成的氧化铁纳米棒与尖晶石结构的铁酸锌复合，制备出异质结光阳极，通过这种方法构建的半导体异质结光电极具有促进电子空穴对有效分离，减少复合和加速电荷传输的作用，这种电极可以克服单一半导体载流子迁移率低的缺点，提高传统单一半导体电极光电转化效率，提高光解水效率，这种方法制备过程比较简单，且可以大规模生产，具有潜在的应用价值。

主权项

一种通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法，该异质结光电极由氧化铁(α‑Fe₂O₃)与铁酸锌(ZnFe₂O₄)两种材料复合而成，用于分解水制备氢气，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)合成α‑Fe₂O₃纳米棒阵列；步骤(1.1)α‑Fe₂O₃纳米棒通多水热法合成，将导电基底分别在酒精，丙酮和去离子水里各超声清洗15分钟；步骤(1.2)配制由六水合三氯化铁，尿素和氟化铵均匀混合的水溶液；步骤(1.3)量取10mL该水溶液放置于20mL体积的聚四氟乙烯内衬的高压釜中，把清洗好的导电基底导电面朝下，以一定角度置于该高压釜内衬中，然后将高压釜加热到120℃，并在该温度下反应6小时，反应结束后，待冷却到室温后，取出样品；步骤(1.4)把样品分别在去离子水和酒精里洗刷，然后在空气中于80℃烘干2小时，最后在在马弗炉中于550℃烧结2小时，紧接着于750℃中烧结15分钟，得到所需的α‑Fe₂O₃纳米棒阵列样品；步骤(2)制备α‑Fe₂O₃和ZnFe₂O₄复合样品(α‑Fe₂O₃/ZnFe₂O₄)；步骤(2.1)ZnFe₂O₄制备通过在α‑Fe₂O₃表面氧化锌退火处理得到，把步骤(1.4)中合成的α‑Fe₂O₃纳米棒样品放入200℃的ALD(原子层沉积系统)反应腔体中，以二乙基锌和H₂O分别作为锌源和氧源，在α‑Fe₂O₃纳米棒样品上沉积ZnO；步骤(2.2)把样品放置在马弗炉中于550℃下退火烧结10小时，冷却到室温后，取出样品放入1mol/L的氢氧化钠溶液里10小时去除残留的ZnO，再在大量的去离子水中涮洗后，烘干，最终得到α‑Fe₂O₃/ZnFe₂O₄异质结光电极样品。