[發(fā)明專利]鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極的制備方法及其應用

在審

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• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107354476A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 耿超;楊東江;車延科
• 申請（專利權）人: 青島魯潤中科環(huán)境工程技術開發(fā)有限公司
• 主分類號: C25B1/02
• 分類號: C25B1/02;C25B11/06;C25D9/04;B01J23/847
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技術領域

本發(fā)明涉及領域，特別涉及一種鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極的制備方法及其應用。

背景技術

因世界經(jīng)濟快速發(fā)展而導致的嚴重的環(huán)境污染和巨大的能源消耗，已然成為各國亟待解決的重大問題，這也是關系到人類生存發(fā)展的首要問題。能源短缺和環(huán)境污染所帶來的諸多問題，使得世界各國迫切希望找到可再生、高效和清潔的新能源。

太陽能作為一種新能源，輻射到地球上的能量大約是4.3×10²⁰焦耳/天，超過地球一年的能量總消耗量。太陽能可以將水分解為H₂和O₂，光解水包含兩個半反應：水的還原和氧化；其中水的氧化涉及多步的四電子反應，需要克服熱力學和動力學上的限制，這也成為了水分解的決速步驟。

目前，大量的金屬氧化物，包括TiO₂、α-Fe₂O₃、WO₃以及BiVO₄均被用來作為產(chǎn)氧的光陽極材料，其中由于BiVO₄的價帶位置比水分解產(chǎn)氧的電位更正，因此是一種最具有實用前景的光陽極材料。但是由于其自身存在的一些缺點，例如電荷遷移率低、光生電荷容易復合等問題，使得其性能遠未達到理想水平。于是研究人員將一些產(chǎn)氧的助催化劑，如RuO₂、CoOx、Co-磷酸鹽、Co-硼酸鹽以及Ni-硼酸鹽等體系負載到BiVO₄上來提高它的產(chǎn)氧水平。雖然其性能得到了一定的提升，但是這些助催化劑只能提高產(chǎn)氧的動力學反應，使得提升空間有限。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有光解水過程中光陽極材料產(chǎn)氧量低的問題，本發(fā)明公開了一種鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極的制備方法，包括以下步驟：

1)制備釩酸鉍晶種；

2)通過水熱法制得釩酸鉍光陽極材料；

3)通過快速電化學沉積法在釩酸鉍光陽極表面沉積上鐵基雙金屬氫氧化物，從而制得鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極材料。

進一步地，步驟1)還包括以下步驟：

a、將30～80摩爾份的Bi(NO₃)₃·5H₂O、50～100摩爾份的NH₄VO₃和80～150摩爾份的檸檬酸溶于100～200容積份的20％HNO₃稀溶液中，攪拌0.3～0.6h后得到透明的藍色溶液；

b、在上述藍色溶液中加入25～65容積份的醋酸和2～8重量份的聚乙烯醇，攪拌均勻；

c、取0.3～1.2容積份的攪拌后的溶液，通過旋涂機旋涂到FTO導電玻璃上，干燥后在馬弗爐中200～500℃下焙燒1～4h，制得釩酸鉍晶種。

進一步地，所述旋涂機的轉速為2000～4000rpm，旋涂時間為20～100s。

進一步地，步驟2)還包括以下步驟：

d、將1～5摩爾份的Bi(NO₃)₃·5H₂O和1～5摩爾份的NH₄VO₃分別溶解于50～100容積份的HNO₃中和50～100容積份的NaOH溶液中，分別制得溶液A和溶液B；

e、將溶液A和溶液B混合攪拌均勻后倒入反應釜中，將步驟1)中制備的釩酸鉍晶種置入反應釜中，在140～200℃下水熱反應12～24h；

f、水熱反應完成后，取出長有釩酸鉍的FTO導電玻璃，用去離子水去除表面雜質后，放入馬弗爐中，在200～500℃下焙燒1～5h，制得釩酸鉍光陽極材料。

進一步地，步驟3)還包括以下步驟：

g、以釩酸鉍光陽極作為工作電極，Pt片作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，電解液為含有Fe²⁺以及Ni²⁺和/或Co²⁺的水溶液，電解液中持續(xù)通入N₂以防止Fe²⁺氧化，控制Ni/CO：Fe以及Ni+Co：Fe的摩爾比為9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；

h、在相對于飽和甘汞電極為-1.00～-1.50V的恒電位下沉積20～100s，用去離子水去除電沉積產(chǎn)物表面雜質，最后干燥即可制得鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極材料。