[發明專利]一種釩酸鉍光陽極薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201810523892.1
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108408776A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 李磊;楊中正;谷龍艷;李品將;雷巖;李知聲;王之俊;鄭直
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;C01G53/04;B01J23/887
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明提供一種高性能釩酸鉍光陽極薄膜及其制備方法。光陽極薄膜由梯度鉬摻雜的釩酸鉍薄膜光吸收層及其表面上的鐵摻雜的NiO超薄片催化劑組成。制備步驟包括：1)在FTO導電玻璃基片上沉積鉍薄膜；2)鉍薄膜與乙酰丙酮氧釩在450攝氏度下反應得到未摻雜的釩酸鉍薄膜；3)采用乙酰丙酮氧釩和二乙酰丙酮氧化鉬對釩酸鉍薄膜進行摻雜處理，得到梯度鉬摻雜的釩酸鉍薄膜；4)將Fe摻雜的Ni(OH)₂超薄片旋涂在鉬摻雜的釩酸鉍薄膜上，經熱處理后得到負載有鐵摻雜的NiO催化劑的釩酸鉍光陽極薄膜。本發明方法簡便環保，制備的釩酸鉍光陽極薄膜有效地促進了電荷分離與傳輸，并具有良好的可見光吸收性能和光電分解水性能。

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料制造技術領域，具體為一種釩酸鉍光陽極薄膜。

背景技術

全球能源危機和環境污染問題是可持續性發展面臨的一個極大挑戰。隨著科技的發展，利用太陽能光電分解水制氫技術有望成為解決這些問題的一個重要的技術手段。光電分解水制氫可選擇的材料有很多，例如常見的半導體金屬氧化物、氮化物或硫化物。在可見光照射下，半導體能夠激發、分離電荷，進一步發生氧化還原反應來制備氫氣。釩酸鉍(BiVO₄)作為良好的可見光響應材料，它具有無毒、價廉、帶隙合適(2.4eV)、性質穩定等優點，通常可以作為分解水制氫系統中的光陽極材料。此外，釩酸鉍材料在降解污染物、太陽能電池等領域也有廣泛應用。

目前釩酸鉍薄膜制備方法有化學溶液沉積法、溶膠-凝膠法、仿生法、電化學沉積法、水熱法、濺射法等。專利CN 201310033856.4采用Bi(NO₃)₃·5H₂O和NH₃VO₃與檸檬酸，乙酸、乙醇胺為輔助溶劑，制備得前驅體溶液，采用化學溶液沉積法在導電玻璃基板上獲得釩酸鉍薄膜。專利CN201210107811.2公開了一種溶膠-凝膠法在FTO上以得到釩酸鉍薄膜的技術。專利CN103173753A采用Bi(NO₃)₃·5H₂O-乙酸溶液和乙酰丙酮氧釩的乙酰丙酮溶液制備的釩酸鉍膠體，旋涂在ITO導電玻璃上，經過焙燒得到納米釩酸鉍薄膜。專利CN201710203262.1采用硝酸、硼酸調節NH₄VO₃和Bi(NO₃)₃·5H₂O混合液，在基板上通過靜電吸附自組裝和層層組裝技術形成非晶BiVO₄薄膜。專利201610033268.4采用氧化釩和氧化鉍混合靶材，通過射頻磁控濺射生長得到大面積釩酸鉍薄膜。專利CN201610033270.1則采用金屬鉍和金屬釩為靶材，在氧化氣氛中進行直流磁控濺射得到釩酸鉍薄膜。專利CN201610977924.6先采用電沉積方法在玻璃基底上沉積碘氧化鉍(BiOI)薄膜，然后利用水熱法與偏釩酸銨溶液在180℃下反應干燥得到釩酸鉍薄膜。Kim等(Science 2014,343,990-994)采用電化學沉積法得到BiOI薄膜，然后通過乙酰丙酮氧釩溶液與其在450度下反應2小時得到未摻雜的釩酸鉍光陽極。專利CN201710550371.0公開了一種三電極法在導電玻璃上沉積得到碘氧化鉍，然后與乙酰丙酮氧釩高溫反應得到釩酸鉍；進一步采用電化學沉積得到鎳鐵羥基氧化物。專利CN201710497490.4公開了一種水熱法制備釩酸鉍的方法，并通過快速電化學沉積法在表面沉積鐵基雙金屬氫氧化物，制備得到鐵基雙金屬氫氧化物/釩酸鉍光陽極材料。專利CN201710235859.4通過在導電襯底表面制備Mo：BiVO₄薄膜，然后在表面制備若干層Mo:BiVO₄薄膜，得到Mo:BiVO₄/Co:BiVO₄光電極。

上述釩酸鉍光陽極薄膜的制備基本都為未摻雜或單一摻雜結構，而且，釩酸鉍仍然具有一些缺點，例如電荷分離/傳輸較慢，電荷遷移率低，較差的氧化動力學等。

發明內容