[發(fā)明專利]一種具有多層BiVO4的電極、其制備方法及其在光電催化中的用途

在審

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• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106898780A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 鄒吉軍;武金夢;潘倫;張香文;王蒞
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 北京市領專知識產(chǎn)權代理有限公司11590
• 代理人: 劉雪蓮

技術領域

本發(fā)明屬于催化劑領域，具體涉及一種具有多層BiVO₄的電極、其制備方法及其在光電催化應用。

背景技術

研究光電陽極催化劑性能時，合成方法的確定以及合理的形貌調控對于評價材料性能起著重要作用。自1998年Kudo等人第一次報道BiVO₄可以作為一種有效的光催化劑后，由于其具有無毒、高化學穩(wěn)定性和原材料便宜易得等特征而被廣泛研究。目前報道方法合成BiVO₄的光電流為1～2mA/cm²，離其理論最大光電流(7.6mA/cm²)相差較遠。目前對BiVO₄光電活性的研究主要集中在摻雜、構建異質結(包括Z-scheme和p-n結等)，但即使如此，光電流密度也只在2mA/cm²左右，相對理論值較低。

2014年，Kim和Choi利用電化學沉積法在FTO導電玻璃上原位生長BiOI，在引入V源后高溫煅燒得到BiVO₄。在磷酸鹽緩沖溶液中加入Na₂SO₃作為電解液，測其光電流密度在1.1V(vs RHE)處約為4mA/cm²(Kim T W,Choi K S.Science,2014,343(6174):990-994.)。但是該方法在后續(xù)研究中重復性差異較大。例如，Gan等人在FTO玻璃上利用同樣的電化學沉積的方式原位生長BiOI，引入V源后高溫煅燒，但光電流密度在1.0V(vs RHE)處僅有2mA/cm²，再利用Au進行修飾后光電流密度有一定增長，但Au作為貴金屬之一，嚴重制約了其工業(yè)應用。(Gan J,et al.Nanotechnology,2016,27(23):235401.)

Lee等人利用電化學沉積的方式合成BiOI，再轉化為BiVO₄，在1.1V(vs RHE)處光電流僅有0.14mA/cm²。利用合成p-n結對其進行改性，該文獻報道了四種p-n結的形成及活性，包括TiO₂-BiVO₄結、Fe₂O₃-BiVO₄結、SnO₂-BiVO₄結及WO₃-BiVO₄結，其中WO₃-BiVO₄性能最好，電流為0.8mA/cm²。(Lee M G,et al.Nano Energy,2016,28:250-260.)

以上報道的研究內(nèi)容均為探究合成BiVO₄的常用方法，但是存在批次差異性大、活性低、光電流密度低，對于太陽光的利用效率不高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述缺點，本發(fā)明基于電化學沉積法合成了高活性多層BiVO₄光電電極。本發(fā)明利用電化學沉積的方式在FTO導電玻璃上原位生長一層BiOI后再通過簡單煅燒方式合成一層高活性BiVO₄；重復電化學沉積和煅燒步驟，即得到多層BiVO₄光電電極；其光電流在電壓1.1V(vs RHE)時可達4.3mA/cm²，太陽能利用效率高達56.6％，活性是其他文獻報道的2～3倍以上。

本發(fā)明第一方面涉及一種多層BiVO₄光電電極，所述電極本體為FTO導電玻璃，其上沉積有多層BiVO₄，所述多層為三層以上，每層的厚度各自獨立地為0.90～3.50μm。

優(yōu)選地，所述多層為六層，沿FTO導電玻璃向外的各層厚度分別為0.970μm、1.090μm、1.272μm、1.516μm、1.879μm、3.333μm。

本發(fā)明第二方面涉及所述的多層BiVO₄光電電極的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碘鹽溶于水中，用酸調節(jié)pH值至1.2～2.0，加入鉍鹽使其溶解得到鉍鹽溶液；

(2)將對苯醌溶于無水乙醇，然后加入步驟(1)的鉍鹽溶液，混合20～40分鐘后得到混合溶液；