一种用于人工光合作用的氮化物基器件及其制备方法

文档序号:237782 发布日期:2021-11-12 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于人工光合作用的氮化物基器件及其制备方法 (Nitride-based device for artificial photosynthesis and preparation method thereof ) 是由 陈贵锋 刘靳恬 张辉 解新建 于 2021-08-05 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种用于人工光合作用的氮化物基器件及其制备方法。该器件自下而上为蓝宝石衬底,n~(+)-GaN层,AlGaN层,Cu基助催剂保护层。其制备过程如下:首先在蓝宝石衬底上生长n型GaN层,再在n型GaN层上利用分子束外延技术生长AlGaN层,再通过刻蚀方法刻蚀部分AlGaN层,在刻蚀掉的位置上通过蒸镀方法制备欧姆接触,利用掩模版将欧姆接触掩盖,通过旋涂法旋涂Cu基助催剂作为保护层,然后在真空管式炉中300℃下退火30min,自然冷却到室温后取出,获得具有保护层的氮化物器件。本发明的氮化物器件具有较高的吸收系数、良好的耐腐蚀性,可作为一种光阳极材料应于于人工光合作用中,对减少空气中二氧化碳浓度以及能源的开发具有重要意义。(The invention discloses a nitride-based device for artificial photosynthesis and a preparation method thereof. The device is a sapphire substrate from bottom to top, n &#43; -a GaN layer, an AlGaN layer, a Cu-based promoter protective layer. The preparation process comprises the following steps: firstly growing an n-type GaN layer on a sapphire substrate, then growing an AlGaN layer on the n-type GaN layer by using a molecular beam epitaxy technology, etching part of the AlGaN layer by using an etching method, and preparing an ohmic contact at the etched position by using an evaporation methodAnd covering ohmic contact by using a mask, spin-coating a Cu-based promoter serving as a protective layer by using a spin-coating method, annealing for 30min at 300 ℃ in a vacuum tube furnace, naturally cooling to room temperature, and taking out to obtain the nitride device with the protective layer. The nitride device has higher absorption coefficient and good corrosion resistance, can be used as a photoanode material in artificial photosynthesis, and has important significance for reducing the concentration of carbon dioxide in air and developing energy sources.)

一种用于人工光合作用的氮化物基器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于氮化物的器件,该器件具有Cu基助催剂保护层,并应用于人工光合作用领域。

技术背景

随着经济社会的发展,人们对能源的需求不断增长,煤炭、石油等不可再生能源的使用往往伴随着大量二氧化碳(CO2)的排放,也带来了一系列环境问题,如温室效应、全球变暖、冰川融化等。

众所周知,绿色植物可以利用太阳的光能,同化二氧化碳和水(H2O)制造有机物质并释放氧气,同时产生碳水化合物,释放出能量。可以通过模拟植物的光合作用,将大气中的二氧化碳还原成具有工业价值的产物。近些年,人工光合作用还原CO2已然成为能源领域的研究热点,还原方法层出不穷,如光电化学还原、电还原、化学还原、生物还原等。还原材料分为有机材料和无机材料两种,其中无机材料对环境友好,能够在电解质溶液中实现将CO2还原成有机物的同时释放氧气。

2011年,Satoshi Yotsuhashi展示了使用Cu阴极和氮化镓电极的直接二氧化碳转换,由CO2和H2O产生甲酸(HCOOH)的法拉第效率为3%。该结果证明了在仅包含无机材料的系统中直接CO2转化的可能性。

2013年,Satoshi Yotsuhashi用金属有机气相外延法在具有低温氮化镓缓冲层的蓝宝石衬底上依次生长GaN电子传输层和AlGaN光吸收层,并采用氧化镍助催化剂用于增强反应和防止降解,通过扫描电镜证实了氧化镍微粒的尺寸,其直径约为30μm,高0.2μm,阴极浸入阴极侧的0.5M KHCO3电解质,光电极浸入阳极侧的1M NaOH电解质,能量转换效率为0.15%。

2019年,Baowen Zhou通过将分子束外延与电沉积相结合,在平面硅上直接形成独特的GaN:Sn纳米结构,Sn作为助催剂以纳米粒子形态依附在GaN纳米柱侧边,通过共价镓碳键和界面上类似离子的锡氧键很好地协同激活CO2。为实现低成本、高效率和强大的人工光合作用提供了一条有前途的途径。

这些材料的光吸收较强,但在碱性溶液中工作,容易出现表面样品脱落现象,耐腐蚀性仍需加强。

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