一种高性能Ti-Fe2O3/CdS光电极薄膜及其制备方法和应用

本发明属于光电化学，具体涉及一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水氧化被认为是光电化学(pec)水裂解的主要反应，以在很大程度上实现太阳能转换。因此，设计性能优良的光电极来优化水的氧化过程已成为改善pec水分解的首要任务。

2、在众多的半导体光电极中，赤铁矿(fe2o3)由于其理论效率高，带隙为1.9-2.2ev、能够吸收近40％的太阳光，因此脱颖而出。然而，fe2o3在电荷寿命、电荷迁移率和水氧动力学方面仍然存在不足，严重阻碍了其在pec系统中的性能。事实上，由于显著的表面复合，fe2o3光电极表现出高的起始电位(von)。即使有足够的偏压辅助，电荷转移效率仍然很低。为了克服这些限制，需要协同努力来增强电荷转移效率。

3、本发明采用化学水浴法在fe2o3薄膜上负载cds层，构建保护层，克服了异质结界面缺陷导致的载流子分离和输运效率较差的问题。cds具有良好的导电性，在太阳能电池中常被用作缓冲层，负载在fe2o3薄膜上，作为钝化层调节了fe2o3光电极的表面态，减少了ti-fe2o3的复合中心。因此，ti-fe2o3/cds光电极薄膜是很具有开发前景的光电化学分解水的材料。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提出一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜的制备方法及应用。该方法具有制备方法简单、操作方便，实验条件易控制等优点。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，制备方法包括如下步骤：

4、1)将铁盐和尿素溶于去离子水中，加入ticl4的乙醇溶液，搅拌获得前驱体溶液；将前驱体溶液和fto导电玻璃放在水热釜中，通过水热反应在导电玻璃fto上生长前驱体ti-feooh；将前驱体ti-feooh光电极薄膜煅烧，得到ti-fe2o3光电极薄膜；

5、2)将ti-fe2o3光电极薄膜浸渍于含有醋酸镉、醋酸铵、硫脲、氨水的溶液中，加热，将cds沉积在ti-fe2o3光电极薄膜上，得到ti-fe2o3/cds光电极薄膜。

6、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤1)中，所述铁盐为六水合三氯化铁。

7、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤1)中，铁盐和尿素的摩尔比为1-2:1。

8、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤1)中，所述水热反应条件是，90-120℃下水热反应8-12h；所述煅烧条件是，400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min。

9、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤2)中，所述醋酸镉的浓度为0.05mol/l。

10、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤2)中，所述醋酸铵的浓度为0.5mol/l。

11、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤2)中，所述硫脲的浓度为0.25mol/l。

12、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤2)中，所述氨水的浓度为1.1mol/l。

13、进一步的，上述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，步骤2)中，所述加热温度为70-80℃。

14、上述任意一项所述的高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜在光电化学水分解中的应用。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明借助水热法和化学水浴法制备ti-fe2o3/cds纳米薄膜，当在ti-fe2o3薄膜负载cds材料后，均匀地覆盖在ti-fe2o3纳米薄膜表面，减少了ti-fe2o3光电极的界面缺陷，有效地抑制了ti-fe2o3与电解液界面处的电荷复合。这项工作可能会启发合理设计的高性能的光电极可行的太阳能转换。

17、2、本发明提供的ti-fe2o3/cds光电极薄膜中cds作为钝化层，调节了ti-fe2o3的表面态，减少了复合表面态，促进了空穴向光电极/电解液界面的传输，可以有效的提高光电化学性能及分解水能力。

18、3、本发明提供的ti-fe2o3/cds光电极薄膜，制备原料廉价易得，操作简单方便，可以为水分解提供新的催化材料，缓解当下能源紧张的局势。

19、4、本发明提供的ti-fe2o3/cds光电极薄膜，在可见光下的产氢速率是ti-fe2o3的2.6倍左右。

技术特征：

1.一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述铁盐为六水合三氯化铁。

3.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，铁盐和尿素的摩尔比为1-2:1。

4.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述水热反应条件是，90-120℃下水热反应8-12h；所述煅烧条件是，400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min。

5.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述醋酸镉的浓度为0.05mol/l。

6.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述醋酸铵的浓度为0.5mol/l。

7.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述硫脲的浓度为0.25mol/l。

8.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述氨水的浓度为1.1mol/l。

9.根据权利要求1所述的一种高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述加热温度为70-80℃。

10.权利要求1-9中任意一项所述的高性能ti-fe2o3/cds光电极薄膜在光电化学水分解中的应用。

技术总结本发明属于光电化学技术领域，公开了一种高性能Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CdS光电极薄膜及其制备方法和应用。首先将铁盐和尿素溶于水中，加入TiCl<subgt;4</subgt;溶液，获得前驱体溶液；将前驱体溶液和导电玻璃进行水热反应后煅烧，得到Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;光电极；采用化学水浴法沉积CdS层得到Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CdS光电极薄膜。本发明提供的Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/CdS光电极更容易使光生电子‑空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能及分解水能力。技术研发人员：范晓星,江姗姗,刘大博,陶然,楚振明受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15