一种CNT/Ni-CNT/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料、GaAs异质结光电极及其制备方法和应用

本申请属于光电化学，尤其涉及一种cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料、gaas异质结光电极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光电解水技术是实现太阳能直接向氢能转化、应对未来能源危机与水危机的关键途径，而突破其效率低下的瓶颈是当前核心任务；作为iii-v族化合物的代表性材料，gaas凭借直接带隙、高光吸收系数及高载流子迁移率等特性，拥有理论最高的太阳光-氢能转换效率，极具潜力打破现有性能上限。然而，传统gaas基器件受限于昂贵的制备成本及多结结构带来的晶格失配与工艺复杂性，难以民用推广。因此，选择开发多样化的载流子空穴传输薄膜构建gaas异质结成为最优解，它不仅能通过能带工程优化载流子分离效率，还能在不显著增加外延层数的前提下拓展光谱响应范围，同时利用界面层有效抑制gaas的表面光腐蚀，从而在兼顾高效率、高稳定性与低成本之间取得平衡，推动该技术的实用化进程

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料、gaas异质结光电极及其制备方法和应用，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

2、第一方面，本申请实施例提供了一种cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

3、cnt分散液抽滤得到cnt薄膜，在cnt薄膜上旋涂镍盐分散液，干燥，获得cnt/nix；

4、cnt/nix在酒精内焰中燃烧催化生长，得到cnt/ni-cnt；

5、在cnt/ni-cnt上旋涂偶氮三唑溶液，干燥后得到所述cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料。

6、在一种实施方式中，所述cnt分散液中cnt的浓度为1×10-3-2×10-3mg/ml；溶剂为质量分数为0.1-1.0%的十二烷基苯磺酸钠溶液。

7、在一种实施方式中，镍盐分散液中nix的浓度为0.05-0.5mg/ml；x为硝酸根、氯离子的任一种；溶剂为乙醇。

8、在一种实施方式中，旋涂镍盐分散液旋涂转速为2500-3500r/min，旋涂时间为60s。

9、在一种实施方式中，所述cnt的直径为1-2nm，长度1-3μm。

10、在一种实施方式中，酒精内焰中燃烧催化生长的时间为10s-3min。

11、在一种实施方式中，所述偶氮三唑溶液以无水乙醇为溶剂，浓度为0.05-0.2mg/ml。

12、在一种实施方式中，旋涂转速为2000-5000r/min，旋涂时间为60s。

13、在一种实施方式中，干燥条件为：在60-90℃烘箱中干燥5-20min。

14、在一种实施方式中，cnt薄膜通过酒精辅助转移至不锈钢片上，得到不锈钢片/cnt；

15、在不锈钢片/cnt上旋涂镍盐分散液，并在酒精内焰中燃烧催化生长，得到不锈钢片/cnt/ni-cnt；

16、使用fecl3水溶液刻蚀掉不锈钢片，得到cnt/ni-cnt。

17、第二方面，本申请实施例提供了一种基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极，所述光电极从下而上依次设置有背面电极、gaas衬底和cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合薄膜。

18、在一种实施方式中，所述背面电极为金、银、钛、铜、镍、铂、氧化锡锑和铝掺氧化锌单一电极或复合电极。

19、在一种实施方式中，所述背面电极的厚度为120-180nm；所述gaas衬底的厚度为300-500µm；所述cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的厚度为40-80nm。

20、第三方面，本申请实施例提供了基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极的制备方法，包括以下步骤：

21、gaas衬底背面蒸发镀膜制备背面电极，获得背面电极/gaas衬底；

22、将基于cnt/ni-cnt湿法转移至gaas衬底，干燥；得到背面电极/gaas/cnt/ni-cnt；

23、在背面电极/gaas/cnt/ni-cnt上旋涂偶氮三唑溶液，干燥后得到所述基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极。

24、第四方面，本申请实施例提供了基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极在光电解水制氢中的应用。

25、上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：

26、本申请的cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料，在高比表面积cnt薄膜表面通过火焰燃烧ni催化生长ni-cnt，形成cnt/ni-cnt多维结构，ni-cnt能够进一步提升薄膜的比表面积的同时兼具ni金属催化活性，可为载流子在薄膜表面进行氧化还原反应提供足够的反应活性位点；偶氮三唑作为光吸收材料，利用高比表面积的cnt/ni-cnt复合薄膜进行表面均匀负载，可进一步增强表面入射光吸收，从而提升光电流和促进表面光电化学行为，显著提升太阳光-氢能转换效率。

27、cnt薄膜表面通过火焰燃烧ni催化生长ni-cnt，形成cnt/ni-cnt多维结构；ni在cnt薄膜表面生长，与cnt结合牢固，并进一步增加cnt表面粗糙，负载偶氮三唑，增加偶氮三唑与ni-cnt的接触面积，并形成cnt/ni-cnt/偶氮三唑多维结构。

28、本申请包含cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的gaas异质结光电极光电解水制氢，不但具有较高的太阳光-氢能转换效率，并且电极稳定，使用时间长。

29、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

1.一种cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜材料的制备方法，其特征在于，

6.一种基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极，其特征在于，所述光电极从下而上依次设置有背面电极、gaas衬底和cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合薄膜。

7.根据权利要求6所述的基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极，其特征在于，

9.权利要求6-8任一项所述的基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.权利要求6-9任一项所述的基于cnt/ni-cnt/偶氮三唑复合空穴传输薄膜的gaas异质结光电极在光电解水制氢中的应用。