開發和利用可再生能源,對解決能源短缺和環境污染至關重要[1~5]
氫氣,是一種高能量密度和清潔的能源載體[3,6]
利用太陽能進行光電化學分解水制氫,即將太陽能以化學鍵能的形式存儲,有極大的學術意義和重要的的應用價值[7~15]
半導體光電極是光電化學分解水制氫系統的核心組件,其性能影響光電化學電池的能量轉化效率
研發合適的半導體材料和電極結構,可構建出高效光電極
CuO是一種金屬氧化物半導體,具有合適的帶隙(1.3~1.7 eV)和優異的光吸收能力[16~19]
但是,CuO的載流子遷移率較低和壽命較短,使其光電流密度和能量轉換效率較低[20~25],極大地降低了CuO光陰極的光電催化分解水活性[26]
構建納米陣列結構,可增大載流子遷移距離和提高半導體光陰極材料的光吸收[27~31]
同時,光生載流子沿著垂直于軸線的方向分離,能抑制載流子的復合和提高光電流密度
目前,關于銅基氧化物納米陣列的制備已有報導
與用電沉積法制備Cu2O納米棒[32]、用射頻磁控濺射[33](Radio Frequency Magnetron Sputtering/RF-MS)制備納米結構的CuO不同,本文使用Cu靶和不同分壓的O2作為反應物,采用直流磁控濺射技術在磁控濺射腔體內用原位熱氧化法在FTO基底上制備不同形貌的CuO納米陣列,通過改變CuO NAs的制備壓力、溫度和厚度調控其電子結構、晶體取向以及表面微觀形貌
1 實驗方法
以Cu靶為反應物,使用直流電源濺射,在Ar和O2的氣氛中改變FTO基底和磁控濺射腔體內的溫度用原位熱氧化方式磁控濺射出梭形CuO納米陣列(CuO NAs)
梭形CuO NAs光陰極的制備流程,如圖1所示
圖1
圖1制備CuO NAs光陰極過程的示意圖
Fig.1Sketch map of the fabrication process for CuO NAs
基體原位加熱反應磁控濺射制備CuO納米陣列(CuO NAs),是將暴露面積為1 cm2的FTO導電玻璃放置在磁控濺射模板上,使用磁控濺射設備中的直流電源在Ar和O2的氣氛中濺射Cu靶(純度：99.995%,尺寸：?50.8×3 mm)對基片鍍膜
氧分壓為6%~94%,氣體總流量為80 sccm
靶材與鍍膜模板的距離約為10 cm,濺射功率恒為150 W,濺射時間為90 min
聲明：
“CuO納米陣列結構光陰極的制備及其光電化學分解水的性能” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：孟祥東,甄超,劉崗,成會明
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2025年07月09日 ~ 11日 
