一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法技术

本发明专利技术涉及一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法，包括：在柔性金属基底上制备Zn(OH)2、Ga(OH)3复合层，得到锌镓混合氢氧化物电极，然后氮化处理，即得。本发明专利技术制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极为柔性可弯曲、易安装与拆卸，其微观形貌为有利于光接收的多级结构，晶粒尺寸小于20nm，在可见光照射下具有极高的光电流响应，且光电化学稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法
本专利技术属于柔性光阳极的制备领域，特别涉及一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法。
技术介绍
光催化反应是物质在光和光催化剂共同作用下进行的化学反应。由于其室温深度反应以及可以直接利用太阳能等特性，在空气及水污染治理、光催化分解水制氢、光催化还原CO2等方面受到了极大的关注。(Ga1-xZnx)(N1-xOx)是由ZnO和GaN构成的稳定固溶体，禁带宽度约为2.4～2.8eV，具有可见光吸收活性，通过调节Zn、Ga组分比例可对其性能(如吸收光谱范围)调进行调控，并且其化学性能稳定，负载助催化剂后具有显著的可见光催化分解水制氢活性，是近年新兴的一种可见光催化半导体材料。目前(Ga1-xZnx)(N1-xOx)通常为高温固相法制备的亚微米级粉体材料。例如，东京大学的Domen等在Nature,2006,440,295上报道的以ZnO和Ga2O3粉末为原料，经高温固相反应制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)颗粒。该方法反应温度高、时间长，所得到的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)颗粒大、尺寸分布宽、晶粒尺寸大、比表面积很低，对可见光催化反应中光生载流子的分离、迁移与抑制复合没有增益作用。同时，光催化剂表面电子-空穴对的快速复合也制约了光催化技术的应用。如何有效的抑制光生载流子的复合率，从而提高光催化活性，成为研究的热点。光电催化是通过外加偏压电场来抑制光生载流子复合的有效技术手段。Domen等以高温气相沉积法制备的ZnO纳米线阵列为模板，在其上高温气相沉积Ga，最后氮化制得以ZnO为核，以ZnGaON为壳的导电的ZnO-ZnGaON纳米线阵列。当施加0.8VRHE偏压时，其光电流密度约为1.5mA·cm-2，太阳光能量转换效率为0.75％，且光化学稳定性较好(M.Zhong,Y.H.Ma,P.Oleynikov,K.DomenandJ.-J.Delaunay,EnergyEnviron.Sci.,2014,7,1693-1699)。但该方法的设备复杂，反应温度高，且需要在真空条件下进行。Shet等用射频磁控溅射法一步合成了ZnO-GaN薄膜(S.Shet,Y.F.Yan,J.TurnerandM.Al-Jassim,J.PowerSources,2013,232,74-78)，但其产物的光电流密度较小，仅为微安级。该制备过程同样需要在真空条件进行，设备复杂，并且需要特定的靶材。电化学沉积是在电场作用下，在一定的电解质溶液中由阴极和阳极构成回路，通过氧化还原反应，使溶液中的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到所需镀层的过程。它可在各种结构复杂的基底上均匀沉积，通过控制工艺条件(如溶液组成、浓度、pH值、温度，电流，沉积时间等)，可精确控制沉积层的化学组成、结构、厚度和沉积速度等，且通常为常温或略高于室温、常压的液相反应，工艺设备简单、操作容易、环境安全、方式灵活，适于工业化大规模生产。但迄今为止，关于电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的文献和专利尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法，该方法合成一系列形貌可控、不同锌镓比的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)光阳极，本专利技术原料成本低、易得，工艺设备简单，操作容易，环境安全，方式灵活，适合工业化大规模生产。本专利技术的一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法，包括：(1)制备Zn(OH)2层：将柔性金属基底置于含锌盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底；其中锌盐、形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；(2)制备Zn(OH)2、Ga(OH)3复合层：将上述表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底置于含锌盐、镓盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到锌镓混合氢氧化物电极；其中锌盐与镓盐的摩尔比为1:5～5:1，锌盐与形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；(3)氮化制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)：将上述锌镓混合氢氧化物电极置于管式气氛炉中，在氨气中氮化，在氮化过程中，氢氧化物在较低的温度下分解为氧化物，然后氧化物在相对较高的温度下经氨气的作用转变为氧氮化物，经自然冷却，即得(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极，其中x为范围为0.05～0.90。所述步骤(1)中柔性金属基底为钛丝、钛网或钛箔。所述步骤(1)、(2)中形貌控制剂为NaCl、KCl、NaF或KF。所述步骤(1)中水溶液中锌盐的浓度为0.02～2mol/L。所述步骤(1)、(2)中电沉积均通过三电极体系进行，三电极体系所施加偏压(负压)为-0.7～-1.4V；电沉积时间为60～1800s。所述步骤(1)、(2)中水溶液温度为45～75℃。所述步骤(2)中锌盐在水溶液中的浓度为0.02～2mol/L。所述步骤(3)中氨气流量为100～400mL/min。所述步骤(3)中氮化条件是升温速率为2～8℃/min，氮化温度为400～900℃，保温时间为3～8h。有益效果(1)本专利技术方法合成出一系列形貌可控、不同锌镓比的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)光阳极；(2)本专利技术制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极为柔性可弯曲、易安装与拆卸，其微观形貌为有利于光接收的多级结构，晶粒尺寸小于20nm，在可见光照射下具有极高的光电流响应，且光电化学稳定性好；(3)本专利技术能明显降低合成(Ga1-xZnx)(N1-xOx)所需的氮化反应温度、大幅缩短反应时间，降低能耗；(4)本专利技术方法原料成本较低、易得，工艺设备简单、操作容易、环境安全、方式灵活，适于工业化大规模生产。附图说明图1是实施例1制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极的电镜照片；其中a为(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极表面扫描电镜照片；a中插图为低倍的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极表面扫描电镜照片；b为(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极表面的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)超声分散后的透射电镜照片；图2中(a)是实施例1制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极表层的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)的X射线衍射图；(b)为实施例1制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极的紫外-可见漫反射吸收光谱；图3中(a)是实施例1制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极在连续光照条件下的电流-电压曲线；图3(b)是实施例1制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极在间歇光照条件下的电流-电压曲线；图4是实施例3制备的(Ga1-xZnx)(N1-xOx)电极在间歇光照条件下的电流-电压曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将线径为150μm，目数为15目，尺寸为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电沉积法原位制备(Ga1‑xZnx)(N1‑xOx)柔性光阳极的方法，包括：(1)将柔性金属基底置于含锌盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底；其中锌盐、形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；(2)将上述表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底置于含锌盐、镓盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到锌镓混合氢氧化物电极；其中锌盐与镓盐的摩尔比为1:5～5:1，锌盐与形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；(3)将上述锌镓混合氢氧化物电极置于管式气氛炉中，在氨气中氮化，自然冷却，即得(Ga1‑xZnx)(N1‑xOx)柔性光阳极；其中x范围为0.05～0.90。

【技术特征摘要】
1.一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法，包括：(1)将柔性金属基底置于含锌盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底；其中锌盐、形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；其中柔性金属基底为钛丝、钛网或钛箔；(2)将上述表面长有Zn(OH)2的柔性金属基底置于含锌盐、镓盐、形貌控制剂的水溶液中，然后进行电沉积，得到锌镓混合氢氧化物电极；其中锌盐与镓盐的摩尔比为1:5～5:1，锌盐与形貌控制剂的摩尔比为1:5～5:1；(3)将上述锌镓混合氢氧化物电极置于管式气氛炉中，在氨气中氮化，自然冷却，即得(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极；其中x范围为0.05～0.90；其中氮化条件是升温速率为2～8℃/min，氮化温度为400～900℃，保温时间为3～8h。2.根据权利要求1所述的一种电沉积法原位制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)柔性光阳极的方法，其特征在于：所述步骤(1)、(2)中形貌控制剂为NaCl、KCl、NaF...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青红，李雪冬，王宏志，李耀刚，曹广秀，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31