CN114682242A - 具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 - Google Patents
具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114682242A CN114682242A CN202210337683.4A CN202210337683A CN114682242A CN 114682242 A CN114682242 A CN 114682242A CN 202210337683 A CN202210337683 A CN 202210337683A CN 114682242 A CN114682242 A CN 114682242A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photocatalytic
- layer
- built
- electric field
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 103
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 20
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N (S)-(-)-alpha-terpineol Chemical compound CC1=CC[C@@H](C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N alpha-Terpineol Natural products CC(=C)C1(O)CCC(C)=CC1 OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940088601 alpha-terpineol Drugs 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
- B01J27/135—Halogens; Compounds thereof with titanium, zirconium, hafnium, germanium, tin or lead
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/40—Carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/23—Carbon monoxide or syngas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/50—Processes
- C25B1/55—Photoelectrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
- C25B11/069—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of at least one single element and at least one compound; consisting of two or more compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，包括依次叠层设置的基板、导电层、第一光催化层以及介孔层，介孔层中填充有第二光催化层，第二光催化层材料的导带低和价带顶均高于第一光催化层中的光催化材料，且第二光催化层材料的禁带宽度小于第一光催化层。还提供一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法。本发明在不额外消耗外来能量的条件下，通过构建内建电场解决光生电荷无序移动易复合的问题，提高了太阳燃料器件的转换效率；器件的多孔结构提供了气体传输通道以及反应活性位点，实现了高效光催化反应，提高了太阳燃料技术高效大面积应用的可行性；光催化器件采用丝网印刷的制备方法，使得器件面积具有可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及光伏催化技术领域，具体为一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件。
背景技术
1972年，Fujishima等人提出太阳燃料技术，其可以利用催化材料将太阳光中的能量转化为氢气、甲烷或者一氧化碳等燃料中能够直接利用的化学能。该技术同时为能源短缺和环境污染两大问题提出了解决方案。目前，已经有大量高性能太阳燃料用催化材料的研究。
长期以来，比较缺少高性能太阳燃料器件的相关工作。这主要是因为：虽然太阳燃料材料具有较强的光催化能力，但是制成器件之后，由于光生电荷在传输过程中无序的移动，使得光生电荷极易发生复合，导致仅有少量的光生电荷能够被利用。因此，太阳燃料器件的转化效率一般不高。为了提升太阳燃料器件的转化效率，一般是采用两种方法，第一种，将光催化材料分散在大量的液态牺牲剂中，例如添加电子牺牲剂消耗光生空穴，促进光生电子的利用；第二种，为光催化材料施加外置偏压，提供大量的载流子促进反应。但是这两种方法都需要额外引入了新的能量来源或者材料，增加了实现难度，降低了太阳燃料技术的实用化的可行性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，包括依次叠层设置的基板、导电层、第一光催化层以及介孔层，所述介孔层中填充有第二光催化层.
进一步，所述基板为透明基板。
进一步，所述第一光催化层的光催化材料采用氧化钛和类石墨状氮化碳。
进一步，所述介孔层的材料采用氧化锆和石墨。
进一步，所述第二光催化层材料的导带低和价带顶均高于所述第一光催化层中的光催化材料，且第二光催化层材料的禁带宽度小于第一光催化层。
进一步，所述光催化器件的孔中至少有90％的孔的孔径控制在10～100nm之间。
本发明实施例提供如下技术方案：一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，包括如下步骤：
S1，清洗基板和导电层；
S2，在导电层上制备TiO2光催化层和g-C3N4光催化层，作为光催化异质结中的可见光前吸收层；
S3，在催化反应发生层上制备氧化锆介孔层和石墨介孔层，作为填充第二光催化层的结构支架；
S4，在结构支架中填充第二光催化层，作为光催化异质结中的可见光后吸收层，与第一光催化层构建异质结，形成内建电场。
进一步，在所述S1步骤中，依次用洗洁精水溶液、去离子水和乙醇超声清洗基板和导电层各15-20min，然后用氮气流将其吹干后在等离子体清洗机中再次清洗9-11min。
进一步，在所述S2和S3步骤中，先将浆料印刷于基底上，放置于烘箱内烘干，然后按照一定的升温程序放置于马弗炉中进行烧结。
进一步，在所述S4步骤中，先将PbBr2溶液均匀滴涂在介孔层表面，热处理后将基板浸泡在CsBr溶液中反应生成CsPbBr3，最后将基板放在热台上热处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在不额外消耗外来能量的条件下，通过构建内建电场解决光生电荷无序移动易复合的问题，提高了太阳燃料器件的转换效率。
2、器件的多孔结构提供了气体传输通道以及反应活性位点，实现了高效光催化反应，提高了太阳燃料技术高效大面积应用的可行性。
3、光催化器件采用丝网印刷的制备方法，使得器件面积具有可扩展性，提高其实用化的可行性。
4、采用纯无机钙钛矿材料，在能带宽度上与光催化材料匹配的同时，对水汽、热等环境因素具有更好的耐受性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的结构示意图；
附图标记中：1-基板；2-导电层；3-第一光催化层；4-介孔层；5-第二光催化层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，包括依次叠层设置的基板1、导电层2、第一光催化层3以及介孔层4，所述介孔层4中填充有第二光催化层5，所述第二光催化层5材料的导带低和价带顶均高于所述第一光催化层3中的光催化材料，且第二光催化层5材料的禁带宽度小于第一光催化层3。根据能级排列可以构建Z型异质结，从而形成内建电场，促进光生电荷的有效分离和有序移动，减少复合，提高光催化效率。优选的，所述基板1为透明基板1。所述第一光催化层3的光催化材料采用氧化钛(TiO2)和类石墨状氮化碳(g-C3N4)。所述介孔层4的材料采用氧化锆(ZrO2)和石墨(C)。所述第二光催化层5材料的禁带宽度小于第一光催化层3的禁带宽度，具有更宽的吸光范围，可以利用第一光催化层3不能利用的太阳光。所述第二光催化层5材料为CsPbBr3。其中，透明基板1可以采用玻璃材质，导电层2可以是TCO导电层2。FTO导电层2的厚度为800-1000nm，TiO2光催化层的厚度为30-50nm，g-C3N4光催化层的厚度为1000nm-1500nm，ZrO2介孔层4厚度为2000-3000nm，石墨介孔层4厚度为5000-6000nm，第二光催化层5的厚度由介孔层4厚度决定。优选的，所述光催化器件的孔中至少有90％的孔的孔径控制在10～100nm之间，为光催化气体提供传输通道和反应位点。
本发明实施例的提供了一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，包括如下步骤：S1，清洗基板1和导电层2；S2，在导电层2上制备TiO2和g-C3N4第一光催化层3，作为光催化异质结中的可见光前吸收层；S3，在第一光催化层3上制备氧化锆介孔层4和石墨介孔层4，作为填充第二光催化层5的结构支架；S4，在结构支架中填充第二光催化层5，作为光催化异质结中的可见光后吸收层，与第一光催化层3构建异质结，形成内建电场。其中S1步骤是处理导电基板1(其中基体与导电层2为一体，合称为导电基板1)，具体是以FTO玻璃为基板1材料，将其切割成相应尺寸后清洗干净。清洗时，采用洗洁精水溶液、去离子水和乙醇依次超声清洗各15-20min，然后用氮气流吹干后将其置于等离子体清洗机中清洗9-11min。导电基板1包括透明玻璃和覆于透明玻璃1表面的FTO透明导电层2。而S2步骤是制备第一光催化层3，具体是在处理后的导电基板1上通过化学浴沉积制备一层30-50nm的TiO2光催化层。将基板1浸泡在浓度为0.5mmol/L的TiCl4溶液中，70℃热处理60-90min，然后450℃热处理30-60min。在TiO2光催化层上通过丝网印刷制备一层1000-1500nm的g-C3N4光催化层。丝网印刷浆料由g-C3N4、乙基纤维素、α-松油醇配置，浆料印刷后在65-75℃的烘箱中烘干，然后放置在马弗炉中450℃热处理30-60min。S3步骤为制备介孔层4，具体是在导电基板1的光催化层上通过丝网印刷制备一层相同面积的介孔层4，ZrO2介孔层4厚度为2000-3000nm，C介孔层4厚度为5000-6000nm。制备方法同S2，最后放置在马弗炉中分别用500℃、400℃热处理30-60min。S4步骤为填充第二光催化层5在导电基板1的介孔层4内部通过两步沉积法制备CsPbBr3，即第二光催化层5。首先将70-75℃的PbBr2溶液均匀滴涂在介孔层4表面，基板1置于70-75℃热板上热处理30min，然后将基板1浸泡在50-55℃的CsBr溶液中热处理30min，最后将基板1放在热台上在150-160℃、300-310℃分别热处理30min。PbBr2溶液为1mmol/ml的DMF溶液，CsBr溶液浓度为15mg/ml的甲醇溶液。
以下为具体的实施例：
1、处理基板1
以FTO玻璃为基板1材料，将其切割成10×10cm的尺寸，再采用洗洁精水溶液、去离子水和乙醇依次超声清洗各15min，用氮气流吹干后在等离子体清洗机中清洗10min。
2、制备第一光催化层3
在处理后的基板1上通过化学浴沉积制备一层40nm的TiO2，然后通过丝网印刷制备一层2000nm的g-C3N4，丝网规格为325目9×9cm2，浆料印刷在基板1上后在70℃的烘箱中烘干，然后在马弗炉中450℃烧结热处理30min，自然冷却待用；
3、制备介孔层4
在基板1的光催化层上通过丝网印刷制备一层相同面积的2000nm的ZrO2、5000nm的C。浆料印刷后，基板1放置在70℃的烘箱中烘干，然后在马弗炉中分别以500℃、400℃热处理30min。
4、填充第二光催化层5
在导电基板1的介孔层4内部通过两步沉积法制备CsPbBr3。首先将基板1置于70℃热板上热处理，然后将70℃的PbBr2溶液均匀滴涂在介孔层4表面，热处理30min，然后将基板1浸泡在50℃的CsBr溶液中热处理30min，使得PbBr2与CsBr反应生成CsPbBr3，最后将基板1放在热台上先后在150℃、300℃热处理30min。PbBr2溶液为1mmol/ml的DMF溶液，CsBr溶液浓度为15mg/ml的甲醇溶液。
采用常规方法对本发明实施例制备得到的一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件进行性能测试，其光催化还原CO2的产率为，CO产率：238.732μmol m-2h-1。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：包括依次叠层设置的基板、导电层、第一光催化层以及介孔层，所述介孔层中填充有第二光催化层。
2.如权利要求1所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：所述基板为透明基板。
3.如权利要求1所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：所述第一光催化层的光催化材料采用氧化钛和类石墨状氮化碳。
4.如权利要求1所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：所述介孔层的材料采用氧化锆和石墨。
5.如权利要求1所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：所述第二光催化层材料的导带低和价带顶均高于所述第一光催化层中的光催化材料，且第二光催化层材料的禁带宽度小于第一光催化层。
6.如权利要求1所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件，其特征在于：所述光催化器件的孔中至少有90％的孔的孔径控制在10～100nm之间。
7.一种具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，清洗基板和导电层；
S2，在导电层上制备TiO2和g-C3N4光催化层，作为光催化异质结中的可见光前吸收层；
S3，在催化反应发生层上制备氧化锆介孔层和石墨介孔层，作为填充第二光催化层的结构支架；
S4，在结构支架中填充第二光催化层，作为光催化异质结中的可见光后吸收层，与第一光催化层构建异质结，形成内建电场。
8.如权利要求7所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，其特征在于：在所述S1步骤中，依次用洗洁精水溶液、去离子水和乙醇超声清洗基板和导电层各15-20min，然后用氮气流将其吹干后在等离子体清洗机中再次清洗9-11min。
9.如权利要求7所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，其特征在于：在所述S2和S3步骤中，先将浆料印刷于基底上，放置于烘箱内烘干，然后按照一定的升温程序放置于马弗炉中进行烧结。
10.如权利要求7所述的具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件的制备方法，其特征在于：在所述S4步骤中，先将PbBr2溶液均匀滴涂在介孔层表面，热处理后将基板浸泡在CsBr溶液中反应生成CsPbBr3，最后将基板放在热台上热处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210337683.4A CN114682242B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210337683.4A CN114682242B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114682242A true CN114682242A (zh) | 2022-07-01 |
| CN114682242B CN114682242B (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=82141225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210337683.4A Active CN114682242B (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114682242B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITRM20110465A1 (it) * | 2011-09-08 | 2013-03-09 | Dyepower | Procedimento di fabbricazione dello strato catalitico dei controelettrodi di celle fotoelettrochimiche. |
| CN104120443A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-10-29 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种复合结构的可见光层状阵列电极及其制备方法 |
| CN105664996A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种g-C3N4/TiO2异质结光催化薄膜的制备方法及其应用 |
| CN108816264A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-16 | 青岛科技大学 | 一种超薄g-C3N4覆盖的TiO2同质异形阵列薄膜及其制备方法 |
| CN109706505A (zh) * | 2019-01-26 | 2019-05-03 | 河南工业大学 | 一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法 |
| CN112206804A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-12 | 深圳技术大学 | 一种TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法和氢气的制备方法 |
-
2022
- 2022-03-31 CN CN202210337683.4A patent/CN114682242B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITRM20110465A1 (it) * | 2011-09-08 | 2013-03-09 | Dyepower | Procedimento di fabbricazione dello strato catalitico dei controelettrodi di celle fotoelettrochimiche. |
| CN104120443A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-10-29 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种复合结构的可见光层状阵列电极及其制备方法 |
| CN105664996A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-15 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种g-C3N4/TiO2异质结光催化薄膜的制备方法及其应用 |
| CN108816264A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-16 | 青岛科技大学 | 一种超薄g-C3N4覆盖的TiO2同质异形阵列薄膜及其制备方法 |
| CN109706505A (zh) * | 2019-01-26 | 2019-05-03 | 河南工业大学 | 一种g-C3N4/CsPbI3/TiO2纳米管阵列的制备方法 |
| CN112206804A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-12 | 深圳技术大学 | 一种TiO2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法和氢气的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHIYU WANG ET AL.: ""Mesoporous-Carbon-Based Fully-Printable All-Inorganic Monoclinic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells with Ultrastability under High Temperature and High Humidity"", 《J. PHYS. CHEM. LETT.》, vol. 11, pages 9689 - 9695 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114682242B (zh) | 2024-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109402656B (zh) | 一种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法 | |
| CN107570190B (zh) | 碳掺杂氮化碳薄膜电极的制备方法 | |
| CN111375408B (zh) | 一种氧化铱纳米粒子催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN101814375A (zh) | 一种氮掺杂二氧化钛纳米线电极的制备方法 | |
| CN106744898B (zh) | 一种氮气等离子体改性的三维石墨烯粉体及其制备与应用 | |
| CN110923817A (zh) | 具有均匀pn同质结层的金字塔硅基光阴极及其制备方法 | |
| CN101866753B (zh) | 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法 | |
| CN111041523B (zh) | 一种铜掺杂二氧化钛光电极及其制备方法和在光电催化分解水中的应用 | |
| CN110556479B (zh) | 一种二氧化锡基介孔钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108043378B (zh) | 一种非金属掺杂多孔壁钛纳米管阵列可见光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN114804303A (zh) | 降解水体有机污染物同时回收重金属离子的系统及方法 | |
| CN107841763B (zh) | 一种基于表面氢氧壳层调控的光电极及其制备方法 | |
| WO2021103478A1 (zh) | 一种铋酸铜薄膜的制备方法 | |
| CN113774418B (zh) | 一种三维导电骨架的制备及其在氧化铁光阳极中的应用 | |
| CN114682242B (zh) | 具有内建电场的多孔结构大面积光催化器件及其制备方法 | |
| CN110302785A (zh) | 一种无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105304340A (zh) | 染料敏化太阳能电池用多孔二氧化钛薄膜的制备方法 | |
| CN105826081A (zh) | 一种二氧化钛基纳米棒阵列对电极及其制备方法和应用 | |
| CN110444406A (zh) | 一种快速活化三维Ni-C纳米材料作为储能电极材料的制备方法 | |
| CN115666191A (zh) | 提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性的方法 | |
| WO2024051019A1 (zh) | 一种量子点敏化复合光阳极的制备方法、量子点敏化复合光阳极及应用 | |
| CN110359058B (zh) | 一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法 | |
| CN108597879A (zh) | 一种TiO2纳米线/NiO纳米片/卟啉复合材料的制备方法 | |
| CN216213543U (zh) | 一种以空心阴极离子镀NiOx为空穴传输层的反式钙钛矿型太阳能电池 | |
| CN106637273A (zh) | 碳层包覆铬掺杂钛酸锶/二氧化钛纳米管光电极及制备与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |