一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能CuO光电阴极薄膜及其制备方法和应用

本发明属于光电化学，具体涉及一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜(即cuo/cu光电阴极薄膜)及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近些年来，化石燃料的使用带来了雾霾、酸雨、全球温度升高等一系列的环境问题，除此以外，化石燃料因其不可再生在使用上有很大的局限性，因此寻找一种清洁、高效且可再生的新型能源是目前亟待解决的问题。解决能源短缺的光电化学电池已成为人们关注的焦点。光电分解水制氢将太阳能转换成可储存的化学能，是21世纪解决环境和能源问题的主要手段。

2、cuo是一种无机无毒的p型半导体，理想窄带隙为1.2-1.7ev。与其他光活性金属氧化物相比，该氧化物具有较强的可见光吸收能力，是一种非常有前途的太阳能水分解材料。窄带隙的cuo是为数不多的在模拟阳光照射下具有高光催化her活性的光催化剂之一，特别是与其他光催化剂结合时。尽管由于其窄带隙，cuo被认为是一种很有前途的用于太阳能水分解的陶瓷氧化物电极，但它存在低光稳定性或光致分解，这阻碍了它在pec电池中作为光电阴极的使用。

3、金属铜在之前一直被认为是析氢反应的无效电催化剂，它通常被用作二氧化碳还原的电催化剂。然而，最近有研究报道金属铜在中性溶液中也表现出较高的析氢活性。因此，如果可以合理控制金属铜的粒径大小和负载量，金属铜也可以作为一种cuo的改性材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种cuo/cu光电阴极薄膜的制备和应用。该方法具有制备方法简单、操作方便，成本低廉，实验条件易控制等优点。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，制备方法包括如下步骤：

4、1)将氢氧化钠和过硫酸钾溶于去离子水中，将纯度为99.9％的铜箔置入其中通过湿化学氧化法得到前驱体cuoh2纳米线薄膜；

5、2)将cucl2和硫脲溶于乙二醇单甲醚中，得到混有cucl2和硫脲的乙二醇单甲醚溶液；

6、3)将步骤1)得到的cuoh2纳米线薄膜在混有cucl2和硫脲的乙二醇单甲醚溶液中浸渍处理，得到的负载有铜电催化剂前驱体的cuoh2纳米线薄膜在管式炉中进行退火处理，最终得到致密的cuo/cu光电阴极薄膜。

7、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤1)中，所述的纯度为99.9％的铜箔在使用前进行预处理的方法如下：将纯度为99.9％的铜箔依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗。

8、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤1)中，氢氧化钠和过硫酸钾的摩尔比为1：0.125。

9、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤1)中，所述的湿化学氧化时间为15min。

10、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤2)中，所述cucl2的质量为0.3g，硫脲的质量为0.14g，乙二醇单甲醚为10ml。

11、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤3)中，所述浸渍处理时间为1min。

12、进一步的，上述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜的制备方法，步骤3)中，所述退火温度为500℃，保持时间为10min，升温速度为3℃/min。

13、上述任意一项所述的硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜在光电化学分解水中的应用。

14、进一步的，上述的应用，方法如下：在可见光照射下在三电极体系的电化学工作站下，硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜作为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电解液为0.5m硫酸钠，光源为300w氙灯，样品光照射面积为1cm2，进行分解水测试。

15、更进一步的，上述的应用，所述测试偏压为-0.6v。

16、本发明的有益效果：

17、1、本发明提供的cuo/cu光电阴极薄膜的这种复合催化剂结构更容易使光生电子-空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能。

18、2、本发明提供的cuo/cu光电阴极薄膜的制备方法，其原料铜箔廉价易得，退火温度较低，节能减排，操作简单方便，极大程度降低了成本，为水的分解提供新的催化材料，有很好的发展前景。

19、3、本发明提供的cuo/cu光电阴极薄膜在可见光下的光电流密度和稳定性均是纯cuo薄膜的1倍左右。

20、4、本发明提供的cuo/cu光电阴极薄膜在可见光下的产氢速率是纯cuo的1倍左右。

1.一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述的纯度为99.9％的铜箔在使用前进行预处理的方法如下：将纯度为99.9％的铜箔依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗。

3.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤1)中，氢氧化钠和过硫酸钾的摩尔比为1：0.125。

4.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述的湿化学氧化时间为15min。

5.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述cucl2的质量为0.3g，硫脲的质量为0.14g，乙二醇单甲醚为10ml。

6.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤3)中，所述浸渍处理时间为1min。

7.根据权利要求1所述的一种硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜，其特征在于，步骤3)中，所述退火温度为500℃，保持时间为10min，升温速度为3℃/min。

8.权利要求1-7中任意一项所述的硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜在光电化学分解水中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，方法如下：在可见光照射下在三电极体系的电化学工作站下，硫脲辅助负载铜电催化剂的高性能cuo光电阴极薄膜作为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电解液为0.5m硫酸钠，光源为300w氙灯，样品光照射面积为1cm2，进行分解水测试。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述测试偏压为-0.6v。