可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明包括：在光電材料上復(fù)合電容材料制成的光陽極；光陰極；電解液；光陽極和光陰極短路連接后置于電解液中。如在TiO2納米線陣列上負(fù)載NiO納米片作為光陽極，以硅納米線陣列作為光陰極，光生電子在硅納米上還原H+產(chǎn)生H2，光生空穴將TiO2納米線上的NiO氧化成NiOOH，將光生空穴的能量儲(chǔ)存成NiOOH的化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)光電轉(zhuǎn)換與光能儲(chǔ)存，提高了太陽能電池對(duì)光的利用效率。進(jìn)一步通過NiOOH將葡萄糖氧化成葡萄糖酮，將NiOOH中儲(chǔ)存的化學(xué)能作為一個(gè)自驅(qū)動(dòng)的化學(xué)傳感器釋放。本發(fā)明原材料來源廣泛，制備方法簡單、環(huán)保、價(jià)格低廉。
【專利說明】可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種納米線陣列器件及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]能源危機(jī)作為本世紀(jì)急需解決的重大問題，發(fā)展新能源技術(shù)是解決能源危機(jī)的關(guān)鍵，而太陽能的利用作為新能源中重要一員。一般利用太陽能資源可分為兩大類:一類是太陽能電池，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能利用，但由于太陽能電池的電能需及時(shí)使用，不能長期儲(chǔ)存，因而在實(shí)際使用中會(huì)存在并網(wǎng)、儲(chǔ)能等問題；另一類是光化學(xué)電池，將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能利用，如太陽能分解水制氫，此種能源無需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，可直接儲(chǔ)存長期使用。
[0003]傳統(tǒng)的光解水制氫氣，是用太陽光照射半導(dǎo)體材料產(chǎn)生光生電子和空穴將水分解，光生電子還原水產(chǎn)生氫氣，光生空穴氧化水產(chǎn)生氧氣，氫氣是重要的能源物質(zhì)，但氧氣在能源上卻沒有多少實(shí)用價(jià)值，因而此部分包含的光生空穴的能量即被浪費(fèi)。本發(fā)明利用在半導(dǎo)體光陽極上負(fù)載贗電容材料，將光生空穴的能量儲(chǔ)存在電容器中。并可以通過電容器放電和化學(xué)傳感器將此部分儲(chǔ)存的電容能量進(jìn)一步釋放出來。本發(fā)明可以有效提高光解水的能量利用效率，且制作步驟簡單，方便大規(guī)模利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可利用太陽能同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、光能儲(chǔ)存與利用的多功能納米線陣列器件及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明提供的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、光能儲(chǔ)存與利用的納米線陣器件，包括:一在光電材料上復(fù)合電容材料制成的光陽極；一光陰極；電解液；上述光陽極和光陰極短路連接后置于電解液中。
[0006]本發(fā)明提供的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、光能儲(chǔ)存與利用的納米線陣器件的制備方法，具體步驟為:
(1)在光電材料上復(fù)合電容材料，作為光陽極；
(2)提供一光陰極；
(3)將上述光陽極和光陰極短路連接置于電解液中。
[0007]用光照給納米線陣列電容器件充電，在充電過程中，加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過電流變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度。
[0008]放電過程中加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過光陽極電勢(shì)變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度。
[0009]所述的光電材料是Ti02、ZnO、WO3> Fe2O3中的一種或多種。
[0010]所述的電容材料是N1、Ni (OH)2, Co3O4, CoO、Co (OH) 2、MnOx、Mn (OH) 2 中的一種或多種。
[0011]所述的光陰極光電材料是S1、Cu20、GaP、InP中的一種或多種。
[0012]所述的電解液是Na2S04、NaCl、K2SO4之一種。
[0013]所述的化學(xué)檢測(cè)物為葡萄糖、H2O2, H2S之一種。
[0014]本發(fā)明的納米線陣列器件能利用太陽能光解水制氫，同時(shí)將光陽極的空穴能量作為贗電容電容器的化學(xué)能儲(chǔ)存起來，再可以通過電容器放電或者化學(xué)傳感器將改電容器能量釋放出來。
[0015]本發(fā)明的納米線陣列器件可應(yīng)用于太陽能電池和化學(xué)傳感器。例如，以二氧化鈦復(fù)合氧化鎳納米線陣列為光陽極，硅納米線陣列為光陰極，0.5 M的硫酸鈉溶液為反應(yīng)溶液，照射光強(qiáng)度為一個(gè)太陽光，照射截面積為可根據(jù)工作電極的面積大小調(diào)節(jié)。
[0016]本發(fā)明通過在光電材料上沉積贗電容材料，實(shí)現(xiàn)高效光解水制氫同時(shí)將光生空穴的能量儲(chǔ)存在贗電容電容器中。該納米線陣列器件具有制作工藝簡單，成本低，穩(wěn)定性好，光電轉(zhuǎn)化效率高并對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)，適合大面積生產(chǎn)，對(duì)于太陽能電池研究上具有重要意義，在新能源領(lǐng)域也具有很好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:a_ c為T12納米線陣列上負(fù)載N1納米片的電鏡照片；d 圖為硅納米線陣列上負(fù)載鉬納米顆粒的電鏡照片。
[0018]圖2:為純T12納米線陣列、純N1納米片、T12納米線陣列上負(fù)載氧化鎳納米片隨光照時(shí)間變化開路電勢(shì)的變化。
[0019]圖3:依次為純T12納米線陣列、T12納米線陣列負(fù)載N1納米片光陽極、此光陽極光照充完電后狀態(tài)、此光陽極放電后狀態(tài)的照片，充電完之后光陽極變黑，放電后又恢復(fù)到原始顏色。
[0020]圖4:a - b為光照充電時(shí)用光電流檢測(cè)葡萄糖濃度的原理及性能。
[0021]圖5:a - b為暗場(chǎng)放電條件下用開路電勢(shì)檢測(cè)葡萄糖濃度的原理及性能。
[0022]圖6:本發(fā)明用于檢測(cè)的系統(tǒng)圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面，通過以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，它將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0024]通過在T12納米線陣列上負(fù)載N1納米片作為光陽極，以硅納米線陣列作為光陰極，光生電子在硅納米上還原H+產(chǎn)生H2,光生空穴將T12納米線上的N1氧化成N10H，將光生空穴的能量儲(chǔ)存成N10H的化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)光電轉(zhuǎn)換與光能儲(chǔ)存，提高了太陽能電池對(duì)光的利用效率。進(jìn)一步通過N10H將葡萄糖氧化成葡萄糖酮，將N10H中儲(chǔ)存的化學(xué)能作為一個(gè)自驅(qū)動(dòng)的化學(xué)傳感器釋放。具體說來:
首先用水熱法在FTO基底上制備T12納米線陣列，再用化學(xué)浴沉積法在T12納米線陣列上沉積N1納米片。反應(yīng)結(jié)束后，將基片取出洗凈并吹干。接著，將基片置于管式爐內(nèi)在氬氣下200°C條件下焙燒2小時(shí)。最后，在氬氣保護(hù)下，降至室溫。所得到的T12納米線陣列上負(fù)載N1納米片做為光陽極，如圖la-c所示。
[0025]用金屬輔助刻蝕法制備硅納米線陣列作為光陰極，再沉積鉬納米顆粒作為產(chǎn)氫催化劑，如圖lb-d所示。
[0026]將上述光陽極和光陰極短路連接置于電解液中，用光照給電容器充電，不同光照時(shí)間光陽極的開路電勢(shì)變化如圖2所示。
[0027]圖3依次為純T12納米線陣列、T12納米線陣列負(fù)載N1納米片光陽極、此光陽極光照充完電后狀態(tài)、此光陽極放電后狀態(tài)的照片，充電完之后光陽極變黑，放電后又恢復(fù)到原始顏色。
[0028]充電過程中加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過電流變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度，如圖4a, b所示。
[0029]放電過程中加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過光陽極電勢(shì)變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度，圖5a, b所示。
【權(quán)利要求】
1.一種可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件，其特征在于包括:一在光電材料上復(fù)合電容材料制成的光陽極；一光陰極；電解液；上述光陽極和光陰極短路連接后置于電解液中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線陣列器件，其特征在于所述的光陽極中的光電材料是T12、ZnO、WO3、Fe2O3中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米線陣列器件，其特征在于所述的電容材料是N1、Ni (OH)2, Co3O4、CoO、Co (OH) 2、MnOx、Mn (OH) 2 中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米線陣列器件，其特征在于所述的光陰極光電材料是S1、Cu20、GaP> InP中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米線陣列器件，其特征在于所述的電解液是Na2S04、NaCl、K2SO4 之一種。
6.如權(quán)利要求1所述的可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)在光電材料上復(fù)合電容材料，作為光陽極； (2)提供一光陰極； (3)將上述光陽極和光陰極短路連接置于電解液中。
7.如權(quán)利要求1所述的可同時(shí)光電轉(zhuǎn)化與光能存儲(chǔ)的納米線陣列器件的應(yīng)用，其特征在于:用光照給納米線陣列器件充電，充電過程中加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過電流變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度； 放電過程中加入不同濃度化學(xué)檢測(cè)物溶液，通過光陽極電勢(shì)變化反應(yīng)化學(xué)檢測(cè)物濃度。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于所述的化學(xué)檢測(cè)物為葡萄糖、H2O2,H2S之一種。
【文檔編號(hào)】H01G9/042GK104078245SQ201410288386
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】鄭耿鋒, 王永成, 唐靜 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)