开发和利用可再生能源,对解决能源短缺和环境污染至关重要[1~5]
氢气,是一种高能量密度和清洁的能源载体[3,6]
利用太阳能进行光电化学分解水制氢,即将太阳能以化学键能的形式存储,有极大的学术意义和重要的的应用价值[7~15]
半导体光电极是光电化学分解水制氢系统的核心组件,其性能影响光电化学电池的能量转化效率
研发合适的半导体材料和电极结构,可构建出高效光电极
CuO是一种金属氧化物半导体,具有合适的带隙(1.3~1.7 eV)和优异的光吸收能力[16~19]
但是,CuO的载流子迁移率较低和寿命较短,使其光电流密度和能量转换效率较低[20~25],极大地降低了CuO光阴极的光电催化分解水活性[26]
构建纳米阵列结构,可增大载流子迁移距离和提高半导体光阴极材料的光吸收[27~31]
同时,光生载流子沿着垂直于轴线的方向分离,能抑制载流子的复合和提高光电流密度
目前,关于铜基氧化物纳米阵列的制备已有报导
与用电沉积法制备Cu2O纳米棒[32]、用射频磁控溅射[33](Radio Frequency Magnetron Sputtering/RF-MS)制备纳米结构的CuO不同,本文使用Cu靶和不同分压的O2作为反应物,采用直流磁控溅射技术在磁控溅射腔体内用原位热氧化法在FTO基底上制备不同形貌的CuO纳米阵列,通过改变CuO NAs的制备压力、温度和厚度调控其电子结构、晶体取向以及表面微观形貌
1 实验方法
以Cu靶为反应物,使用直流电源溅射,在Ar和O2的气氛中改变FTO基底和磁控溅射腔体内的温度用原位热氧化方式磁控溅射出梭形CuO纳米阵列(CuO NAs)
梭形CuO NAs光阴极的制备流程,如图1所示
图1
图1制备CuO NAs光阴极过程的示意图
Fig.1Sketch map of the fabrication process for CuO NAs
基体原位加热反应磁控溅射制备CuO纳米阵列(CuO NAs),是将暴露面积为1 cm2的FTO导电玻璃放置在磁控溅射模板上,使用磁控溅射设备中的直流电源在Ar和O2的气氛中溅射Cu靶(纯度：99.995%,尺寸：?50.8×3 mm)对基片镀膜
氧分压为6%~94%,气体总流量为80 sccm
靶材与镀膜模板的距离约为10 cm,溅射功率恒为150 W,溅射时间为90 min
声明：
“CuO纳米阵列结构光阴极的制备及其光电化学分解水的性能” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：孟祥东,甄超,刘岗,成会明
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2025年06月06日 ~ 08日 
