三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘光電化學電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光電化學技術領域，具體涉及三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極制備方法領域。
【背景技術】
[0002]光電化學是利用太陽能的方式之一，合并光化學與電化學方法，通過金屬或半導體電極材料吸收光，產(chǎn)生能量累積或電極反應，完成光能與電能和化學能的轉(zhuǎn)換。光電化學比較于其他獲取太陽能的方法的優(yōu)勢在于其低成本，但轉(zhuǎn)換效率低，電極上易出現(xiàn)電子空穴再結(jié)合的現(xiàn)象。因此，光電化學電極需要具備快速傳輸電子的能力。
[0003]硫化鎘是本征η型半導體，在光電轉(zhuǎn)換和光催化領域有著廣泛的應用。納米硫化鎘具有更大的比表面積、小尺度效應和量子尺度效應。量子尺寸效應使硫化鎘的能級改變、能隙變寬，吸收和發(fā)射光譜向短波方向移動;表面效應引起CdS納米微粒表面原子輸運和構(gòu)型的變化，同時也引起表面電子自旋構(gòu)像和電子能譜的變化。目前主要采用的二氧化鈦復合硫化鎘的光電化學電極，但是由于二氧化鈦本身的電子傳輸能力較弱，其技術進入瓶頸期。在此基礎上，人們通過石墨烯負載硫化鎘，但是傳統(tǒng)的二維石墨烯由于其二維平面結(jié)構(gòu)，所負載的硫化錦材料有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述【背景技術】的不足，提供一種三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極的制備方法。
[0005]本發(fā)明所涉及的一種三維石墨稀泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極的制備方法步驟如下:
[0006]步驟一:泡沫鎳上生長石墨烯；
[0007]通過化學氣相沉積法，在泡沫鎳上沉積石墨烯;石墨烯生長條件為常壓生長，生長溫度為700?1100°C，通入氬氣、氫氣與甲烷三種氣體的混合氣，這三種氣體的混合比例為氬氣:氫氣:甲烷=200:80:5，生長時間控制在10?30min，最終得到未刻蝕泡沫鎳的三維石墨烯;
[0008]石墨烯生長具體包括:升溫、退火、生長三個步驟;升溫過程:60min升溫至700?IlOO0C，氬氣= 200sccm，氫氣= 80sccm;退火過程:10?15min，維持在同樣的溫度，氬氣=200sccm，氫氣= 80sccm ；生長過程:10?30min，維持在同樣的溫度，甲燒:氫氣:氬氣=5:80: 200sccm;生長結(jié)束后關閉甲烷，打開風扇快速降溫，最后輕柔地取出生長上石墨烯的鎳泡沫；
[0009]步驟二:得到已刻蝕鎳但未去除PMMA保護膜的三維石墨烯泡沫；
[0010]將方形泡沫鎳上的石墨烯薄膜上均勻涂上0.1?1.5%的PMMA溶液，在真空干燥箱中，加熱1?60mi η，加熱溫度為80?150 °C ;再將涂有PMMA的樣品放入恒溫80 °C的I?5MHCl中，刻蝕時間為6?24hour;刻蝕完畢后，將樣品放置于去離子水中侵泡5?lOmin，重復3次;再將三維石墨烯泡沫置于真空干燥箱中，在低壓狀態(tài)下，升溫至60?100°C，保持40min;該干燥過程中，每1min開啟真空栗，抽去真空干燥箱內(nèi)的水蒸汽;最終得到已刻蝕鎳但未去除PMMA保護膜的三維石墨烯泡沫；
[0011 ]步驟三:得到去除PMMA保護膜的干燥的三維石墨烯泡沫
[0012]將已刻蝕鎳但未去除PMMA保護膜的三維石墨烯泡沫放入管式爐中，在低壓，10?40sccm氫氣中，400?600°C加熱，30?120min;退火完成后，可去除PMMA保護膜，得到干燥的三維石墨烯泡沫；
[0013]步驟四:得到三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘；
[0014]通過化學氣相沉積法，在三維石墨烯泡沫上沉積納米硫化鎘;沉積納米硫化鎘的條件為低壓生長，通入氫氣，硫化鎘源為99.999 %的硫化鎘粉末，硫化鎘源溫度為400?8000C ;在離源0.1?Idm處放置三維石墨稀泡沫；生長時間為I?1mins;最終得到三維石墨稀泡沫復合納米硫化鎘；
[0015]步驟五:得到三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極；
[0016]將三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘固定在透明襯底2上，透明襯底為PET、玻璃或石英為基材的透明材料。在三維石墨稀泡沫復合納米硫化鎘表面通過導電銀楽4連接接引電路3，接引電路3為銅線或銀線;使用AB膠將三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘表面連接接引電路3的部分、導電銀漿4處以及接引電路3接觸透明襯底2的部分覆蓋;最終得到三維石墨稀泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極。
[0017]三維石墨烯泡沫是二維石墨烯在三維空間當中的一種存在方式，是將二維石墨烯擴展到三維結(jié)構(gòu)的重要方式之一。三維石墨烯泡沫不僅保留了二維石墨烯原有優(yōu)異物理化學性質(zhì)，同時由于其泡沫狀多孔的微觀結(jié)構(gòu)，賦予其低密度，大比表面積和高導電性。三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘作為光電化學陽極材料所提供的導電網(wǎng)絡具備快速傳輸電子的能力，減少電子空穴對結(jié)合，擴寬了納米硫化鎘的吸收光光譜范圍，提高了復合后材料的光電轉(zhuǎn)換器件效率。因此，這種新型低成本、有利于規(guī)?；a(chǎn)的三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極的方法將在光電化學電極和傳感器領域擁有潛在的應用前景。
[0018]納米硫化鎘通常很少單獨應用，是因為其自身具有大量高效的光生載流子，但由于硫化鎘的載流子傳輸能力弱，就又導致光生載流子大量的重新復合，從而又降低其光電轉(zhuǎn)換效率。因此硫化鎘的應用需要能有效輔助其快速傳輸光生載流子的材料。對于傳統(tǒng)的硫化鎘復合材料，通常為金屬氧化物，金屬氧化物為多孔結(jié)構(gòu)，有大的表面積，可以負載更多納米硫化鎘，但電子輸運能力卻較弱。石墨烯材料發(fā)展以來，將三維石墨烯與硫化鎘復合，可以通過石墨烯的超強電子傳輸能力來提高整體的電學特性。但現(xiàn)有的三維石墨烯是通過自組裝制備的，這種偏近于化學制備的方法所制備的三維石墨烯在電子輸運能力上并未達到其理想要求。三維石墨烯泡沫的制備是通過化學氣相沉積法，該法制備的三維石墨烯泡沫已經(jīng)被證實了擁有接近二維石墨烯的電子輸運能力。因此，對比現(xiàn)有的三維石墨烯復合納米硫化鎘光電化學陽極，三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘光電化學陽極具有更好光電轉(zhuǎn)換特性，以及更低的阻抗。
【附圖說明】
[0019]圖1是三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極制備流程圖；
[0020]圖2是鎳泡沫及其SEM圖；
[0021 ]圖3是鎳泡沫上生長的石墨烯薄膜及其SEM圖；
[0022]圖4是干燥的三維石墨烯泡沫及其SEM圖；
[0023]圖5是復合納米硫化鎘的三維石墨烯泡沫及其SEM圖；
[0024]圖6是三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極;其中I為光電化學陽極，2為透明襯底，3為接引電路，4為導電銀漿，5為AB膠封裝層；
[0025]圖7是三維石墨烯泡沫及三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的拉曼圖譜;其中a為三維石墨烯泡沫的的拉曼圖譜，b為三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的拉曼圖譜；
[0026]圖8是三維石墨稀泡沫及三維石墨稀泡沫復合納米硫化鎘的XRD圖譜；
[0027]圖9是三維石墨烯復合硫化鎘納米顆粒光電化學電極的開/關光1-t測試圖；
[0028]圖10是三維石墨烯復合硫化鎘納米顆粒光電化學電極的循環(huán)伏安法測試圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]實施列I
[0031]—種三維石墨烯泡沫復合納米硫化鎘的光電化學電極的制備方法如圖1所示，具體步驟如下:
[0032]I)將如圖2所示的鎳泡沫裁制成I cm*I cm的方形。
[0033]2)將方形鎳泡沫分別置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗lOmin，用氮氣吹干備用。
[0034]3)將干燥后的方形鎳泡沫放置于CVD系統(tǒng)真空腔體中進行石墨烯薄膜生長，獲得石墨烯薄膜。石墨烯薄膜的生長條件為常壓生長，生長溫度為700°C，通入氬氣、氫氣與甲烷的混合氣體(特殊比例氬氣:氫氣:甲烷=200:80: 5sccm)，生長時間為15min，最終得到在方形泡