专利名称：电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电极及其制备方法，尤其涉及一种增强光吸收、光电流和光催化 活性的电极及其制备方法。
背景技术：
光电化学过程由于其广泛的存在于光催化，光电池等领域，其已成为当今研究的 热门方向之一。尽量高效率的将光能转化为化学能或者电能已成为科学家的研究的主要任务。一般的方法去提高光电化学过程主要从两个方面入手。第一选择适合的有利于 电荷转移的分子作为催化剂。第二 提高体系对光能的吸收。对于第二种方法，对电极表面 的粗糙化是现在主要的实现手段。金属电极是光电化学过程中一类主要的电极。但是其对可见光及其以上波长的光 一般具有极高的反射率，从而严重的影响了在金属表面光电化学转化过程中的对光能的吸 收及利用。为了克服这个问题，将金属电极粗糙化成为一个有效的手段。但是实验证明，粗糙 化的银电极最有利的增强光电过程的波段仅为410纳米左右，这是由小颗粒构成的粗糙银 电极在410纳米左右具有的表面等离子共振超强吸收导致。对于粗糙银电极，表面等离子 共振位置很难调节到更长波段。众多实验已经表明，如果对金属表面进行特定的结构设计， 金属对光强吸收的波段位置将可以随意调节，同时，吸收率甚至为100%。现在已经清楚，这 种可以调节的强吸收特性来源于通过调节金属表面特定结构的结构长度调控所支持的表 面等离子体模式的特定共振位置。如果在这种金属结构表面生长或修饰半导体或光电化学 催化活性物质，得到的电极就能达到增大光电流和增强光电催化的作用。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了 一种电极，可使利用这种电极的电池和 光催化体系增强光吸收、增大光电流和光催化的效果。本发明的目的在于提供了一种电极制备方法，使得制备出的电极具有增强光吸 收、光电流和光催化活性的特性，且制备方法简单高效。本发明的技术方案为本发明提出了一种电极，由周期性金属半球壳阵列构成，该 半球壳的直径为大于等于200纳米且小于等于1000纳米，在该周期性金属半球壳上覆盖有 半导体。根据本发明的电极的一实施例，该半导体为碘化银。本发明还提出了一种电极制备方法，包括通过人工自组装聚苯乙烯小球作为模板；电化学沉积生长出金属半球壳；通过表面生长或修饰半导体使电极具有可见光范围的强吸收作用，并增大光电流和光催化活性。本发明另外提出了一种电极制备方法，包括(1)在平玻璃衬底上溅射平金属层；(2)利用自组装技术在平金属层上排列一个单层的聚苯乙烯小球；(3)将溅射有平金属层以及排列单层聚苯乙烯小球的平玻璃衬底放入金属电镀液 中进行电镀生长，金属仅在聚苯乙烯小球的空隙处进行生长；(4)溶解去除聚苯乙烯小球，得到周期性的反球壳状结构；(5)在反球壳状结构上溅射一层半导体层。根据本发明的电极制备方法的一实施例，步骤(2)中的聚苯乙烯小球的直径为大 于等于350纳米且小于等于700纳米。根据本发明的电极制备方法的一实施例，该半导体层是碘化银层。根据本发明的电极制备方法的一实施例，步骤中是利用甲苯溶解去除聚苯乙 烯小球。根据本发明的电极制备方法的一实施例，步骤(3)中通过电镀不同的时间得到不 同厚度不同形貌的金属。本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明的技术方案是制备了一种可增强 光吸收、光电流和光催化活性的电极，电极主要由两部分组成，第一部分是周期性金属半球 壳阵列结构，第二部分是覆盖这个金属半球壳阵列的半导体。半导体可以根据实际情况引 入到本发明的结构中，例如通过磁控溅射、分子束外延生长、电化学修饰等方法。对比现有 技术，本发明制备出的电极可增强光吸收、光电流和光催化活性。
图1是本发明的电极的一个实施例的结构简图。图2是本发明的电极制备方法的一个实施例的流程图。图3是本发明的电极制备方法的一个示例的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。电极的实施例图1示出了本发明的电极的实施例的简单结构。请参见图1，本实施例的电极分 为两部分，其一是周期性金属半球壳阵列12，这种半球壳的直径大于或等于200纳米且小 于或等于1000纳米；其二是覆盖在周期性金属半球壳阵列12上的半导体10。这种半导体 10可以是碘化银等。电极制备方法的实施例图2和图3共同示出了电极制备方法的一个实施例的流程。步骤Sl 在平玻璃衬底上溅射平金属层。平金属层的厚度例如是200纳米。步骤S2 利用自组装技术在平金属层上紧密排列一层单层的聚苯乙烯小球。如图3的状态a，在平金属层20上排列了一层体积浓度为7 %、直径相同、直径小 于1000纳米的聚苯乙烯小球22，排列形状是单层的三角堆准二维结构。
步骤S3 利用金属电镀液将上述的整个结构进行金属电镀生长，金属仅在聚苯乙 烯小球的空隙处进行生长。如图3的状态b，在平金属层20之上，在聚苯乙烯小球22的空隙处生长金属电镀 层24。通过电镀不同时间可以得到不同厚度不同形貌的金属电镀层24，如图3的状态c 所示。步骤S4 溶解去除聚苯乙烯小球，得到周期性的反球壳状结构。用甲苯溶解去除聚苯乙烯小球，得到如图3的d状态(是从b状态溶解去除聚苯 乙烯小球)或者e状态(是从c状态溶解去除聚苯乙烯小球)的周期性反球壳状结构。从 d状态和e状态的对比中可见，电镀时间的长短也影响了反球壳内壁的大小。步骤S5 在反球壳结构上溅射一层半导体层，制备出电极。半导体层例如是200纳米厚度的碘化银层。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技 术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而 本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的 最大范围。
权利要求
1.一种电极，由周期性金属半球壳阵列构成，该半球壳的直径为大于等于200纳米且 小于等于1000纳米，在该周期性金属半球壳上覆盖有半导体。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，该半导体为碘化银。
3.一种电极制备方法，包括(1)在平玻璃衬底上溅射平金属层；(2)利用自组装技术在平金属层上排列一个单层的聚苯乙烯小球；(3)将溅射有平金属层以及排列单层聚苯乙烯小球的平玻璃衬底放入金属电镀液中进 行电镀生长，金属仅在聚苯乙烯小球的空隙处进行生长；(4)溶解去除聚苯乙烯小球，得到周期性的反球壳状结构；(5)在反球壳状结构上溅射一层半导体层。
4.根据权利要求3所述的电极制备方法，其特征在于，步骤( 中的聚苯乙烯小球的直 径为大于等于350纳米且小于等于700纳米。
5.根据权利要求3所述的电极制备方法，其特征在于，该半导体层是碘化银层。
6.根据权利要求3所述的电极制备方法，其特征在于，步骤(4)中是利用甲苯溶解去除 聚苯乙烯小球。
7.根据权利要求3所述的电极制备方法，其特征在于，步骤C3)中通过电镀不同的时间 得到不同厚度不同形貌的金属。
全文摘要
本发明公开了电极及其制备方法，具有增强光吸收、光电流和光催化活性的特性。其技术方案为电极由周期性金属半球壳阵列构成，半球壳的直径为大于等于200纳米且小于等于1000纳米，在周期性金属半球壳上覆盖有半导体。
文档编号B01J19/12GK102054880SQ200910197708
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者刘晓晗, 朱晓龙, 石磊, 资剑 申请人:复旦大学