一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112030176A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010732234.0B82Y40/00(2011.01)(22)申请日2020.07.27(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人林惠文常焜秦亚雷徐旺韩文君(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.C25B1/00(2006.01)C25B1/04(2006.01)C25B3/04(2006.01)C25B11/04(2006.01)C25B11/06(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法，属于光电催化半导体材料领域，制备工艺简单易操作，条件温和且可控，可简单地通过改变硫代钨酸盐的浓度和反应时间来控制，原料成本和制备效率均优于现有技术。本发明具体包括：以可溶性硫代钨酸盐的溶液为反应原料，并以氢氟酸溶液作为反应介质，在常温条件下，通过已被氟化刻蚀处理过的硅片表面在氢氟酸介质中与硫代钨酸根离子的氧化还原作用，原位沉积硫化钨纳米颗粒至硅片表面，制得具有均匀沉积的超薄硫化钨纳米颗粒薄膜的硅光电阴极。CN112030176ACN112030176A权利要求书1/1页1.一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极，其特征在于，所述光电阴极中p型单晶硅表面沉积硫化钨纳米颗粒，所述硫化钨纳米颗粒均匀分布于p型单晶硅表面。2.根据权利要求1所述的硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极，其特征在于，所述硫化钨纳米颗粒层厚度为1-15nm。3.一种硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将p型单晶硅在浓硫酸和双氧水混合溶液中于40-80oC下清洗30-60min去除表面有机污染物，然后用0.5-10%含氟溶液刻蚀5-30min去除表面氧化层；（2）将可溶性硫代钨酸盐溶解于溶剂中，配置0.05-0.5M的硫代钨酸盐溶液，静置于5oC下备用；（3）取一定体积步骤（2）制备的硫代钨酸盐溶液滴入氢氟酸溶液制得不同浓度的硫代钨酸盐混氢氟酸溶液，并将步骤（1）中已清洗的p型单晶硅平放于所述硫代钨酸盐混氢氟酸溶液中1-60min，然后清洗并在氩气气氛或真空中干燥，制得硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极。4.根据权利要求3所述的硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述含氟溶液为氢氟酸或氟化铵溶液。5.根据权利要求3所述的硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，步骤（2）中可溶性硫代钨酸盐为(NH4)2WS4、Na2WS4或K2WS4，所述的溶剂为水或乙醇。6.根据权利要求3所述的硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述硫代钨酸盐混氢氟酸溶液中硫代钨酸铵的浓度为0.1-10mM，氢氟酸的质量百分比浓度为1-10%。7.根据权利要求3所述的硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，制备过程中可通过改变硫代钨酸盐的浓度和反应时间来控制所述硫化钨纳米颗粒层厚度。8.根据权利要求3或7所述的硫化钨纳米颗粒修饰硅的光电阴极制备方法，其特征在于，所述硫化钨纳米颗粒层厚度为1-15nm。2CN112030176A说明书1/3页一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法技术领域[0001]本发明属于光电催化半导体材料领域，具体涉及一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法。背景技术[0002]光电催化纯水分解和二氧化碳还原是开发与转化太阳能的一种非常有效的方式，其中决定光电催化性能中的关键且最基本的因素就是需要使用合适而有效的半导体光电阴极。在众多半导体中，储量丰富与价格低廉的硅是最有前景的小带隙半导体（1.12eV），其带隙吸收几乎完美匹配太阳光谱中的近红外光与可见光部分，同时其具有近乎理想的能带结构，完全能够满足光电催化纯水分解和二氧化碳还原对半导体导带位置的要求。然而，纯硅的光电催化性能极差，主要源于其表面迟缓的析氢和二氧化碳还原催化能力，因此需要在其表面沉积修饰助催化剂，才能够满足光电催化的性能要求。[0003]作为新型廉价的助催化剂，过渡金属硫化物如硫化钨在硅基光电阴极上表现出极大的潜力。已报导通过在高温条件下合成无定形二硫化钨和三硫化钨并修饰硅光电阴极，得到接近于对标准氢电极0.4V的起始光生电压，并在0V的条件下达到20mA∙cm-2的光生电流(Appl.Mater.Inter.2014,6,10408)。一般而言，硫化钨的助催化性能以及与硅半导体之间的相互作用，决定了硅光电阴极的光电催化