一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜与制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115094458A(43)申请公布日2022.09.23(21)申请号202110577084.5C23C14/58(2006.01)(22)申请日2021.05.26C25B11/087(2021.01)C25B11/077(2021.01)(71)申请人山东省科学院能源研究所地址250014山东省济南市历下区科院路19号(72)发明人宋安刚朱地王义文赵保峰关海滨徐丹王树元(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221专利代理师王磊(51)Int.Cl.C25B11/052(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B1/55(2021.01)C23C14/30(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜与制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜与制备方法及应用，其制备方法为：通过电子束蒸发方法沉积镍铜复合膜，然后将镍铜复合膜在空气氛围下煅烧获得Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜；其中，电子束蒸发方法沉积过程中同时沉积镍与铜，且在沉积过程中采用冷阴极离子束进行辅助沉积。本发明的方法制备的Cu掺杂NiO薄膜能够进一步降低电阻率，使CuBi2O4的光阴极在0.6V条件下的光电密度进一步提高，从而突破CuBi2O4的光阴极在0.6V条件下光电密度的极限。CN115094458ACN115094458A权利要求书1/1页1.一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，其特征是，通过电子束蒸发方法沉积镍铜复合膜，然后将镍铜复合膜在空气氛围下煅烧获得Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜；其中，电子束蒸发方法沉积过程中同时沉积镍与铜，且在沉积过程中采用冷阴极离子束进行辅助沉积。2.如权利要求1所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，其特征是，电子束蒸发方法沉积完成后，温度降低至室温后破除真空状态。3.如权利要求1所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，其特征是，电子束蒸发方法沉积时，真空度为1.0～3.0×10‑6mbar；或，电子束蒸发方法沉积时，电子枪电源的电压为9～11kV；或，电子束蒸发方法沉积时，灯丝电流为0.3～0.8A。4.如权利要求1所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，其特征是，电子束蒸发方法沉积时采用的衬底为导电玻璃。5.如权利要求1所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，其特征是，煅烧的温度为350～450℃，优选地，煅烧时间为1.5～2.5h。6.一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜，其特征是，由权利要求1～5任一所述的制备方法获得。7.一种权利要求6所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜作为空穴传输层在CuBi2O4光阴极中的应用。8.一种CuBi2O4光阴极，其特征是，由下至上依次由导电玻璃、空穴传输层和CuBi2O4层组成，所述空穴传输层为权利要求6所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜。9.如权利要求8所述的CuBi2O4光阴极，其特征是，CuBi2O4层的厚度为250～270nm。10.一种CuBi2O4光阴极的制备方法，其特征是，包括权利要求1～5任一所述的Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜的制备方法，采用喷雾热解法在Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜表面沉积CuBi2O4膜；电子束蒸发方法沉积镍铜复合膜的衬底为导电玻璃。2CN115094458A说明书1/7页一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜与制备方法及应用技术领域[0001]本发明属于光电催化水解制氢技术领域，涉及CuBi2O4光电催化性能的空穴传输层制备方法，具体涉及一种Cu掺杂NiO空穴传输层薄膜与制备方法及应用。背景技术[0002]公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。[0003]近年来，通过光电化学水分解技术把太阳能以化学键的形式(氢燃料)直接存储起来被认为是替代化石燃料最有前景的方法之一。P型金属氧化物半导体CuBi2O4光阴极材料由于在光电化学水分解领域具备一些优势而受到研究者关注。首先，它具有在1.5‑1.8eV范围内的光学带隙，这可以很好的利用AM1.5太阳光谱。其次，其导带位置处于比热力学势更负的电位，这可以更好的驱动光分解水产生氢气。第三，其费米能级位于比许多其他p型光电阴极材料(例如Cu2O、CuFeO2和p型Si)更高的正电势(＞1.0Vvs.RHE)，这可以使光电催化器件中光电极材料产生足够的光电压。[0004]尽管CuBi2O4光阴极材料具有这些优势，但仍有一些限制需要克服，以使其更有效地用作光电催化分解水制氢。其中最大限制之一是CuBi2O4中光生电