[發明專利]一種以溶劑熱法生成中間體制備BiVO4

有效

• 申請號: 201910046004.6
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109706477B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 侯乙東;張璐;郭文婭;張金水
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C25B11/077
• 分類號: C25B11/077;C25B11/087;C23C18/12;C25B1/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種以溶劑熱法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中間體制備BiVO₄薄膜的方法，屬于材料制備及光電催化技術領域。本發明將硝酸鉍和鹵素鉀鹽分別溶解于乙二醇溶液中，然后將兩者混合攪拌形成混合液，放入洗凈的FTO片進行水熱反應，得到中間體BiOX薄膜；再在BiOX薄膜表面滴涂乙酰丙酮氧釩DMSO溶液，經煅燒，NaOH浸泡去除表面多余的氧化釩，沖洗，烘干，得到BiVO₄薄膜。本發明制備的BiVO₄薄膜材料具有良好的半導體光電特性，可應用于光電催化分解水產氫領域。

技術領域

本發明屬于材料制備及光電催化技術領域。具體涉及一種以溶劑熱法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中間體制備BiVO₄薄膜的方法及其在光電催化分解水產氫中的應用。

背景技術

人類對于化石燃料的長時間使用，對環境造成的不利影響有目共睹。面對能源危機和環境問題這兩大世界級難題，尋找環境友好、來源豐富的可再生能源刻不容緩。太陽能作為眾所周知的環境友好型能源，是取之不盡、用之不竭的可再生資源。如何將太陽能有效的轉化為氫能是當下研究的熱點之一，在不同的太陽能制氫方式中，半導體光電催化分解水制氫具有廣闊的應用前景。

然而，大多數的半導體材料仍存在對可見光利用率低，光生電子-空穴對復合率高以及穩定性差等問題，難以滿足實際需求。BiVO₄具有合適的帶隙寬度（E_g=2.4 eV），可以有效吸收太陽光，同時其具有良好的導帶位置，因此，BiVO₄被認為是一種極具發展潛力的光陽極材料。但是，通過簡單可控的方式制備均勻的BiVO₄光電極薄膜仍然是一個值得深入探究的課題。

本發明中通過溶劑熱合成中間體BiOX（X=Cl，Br，I）來制備BiVO₄光電極薄膜，其合成技術簡單、易于操作、對環境友好，所得BiVO₄薄膜在光電催化分解水中表現出良好催化活性，具有一定的潛在應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以溶劑熱法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中間體來制備BiVO₄光陽極膜的方法，其先通過溶劑熱法形成BiOX（X=Cl，Br，I）中間體，再經后續釩酸化形成BiVO₄光陽極薄膜。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種以溶劑熱法生成中間體制備BiVO₄薄膜的方法，其包括以下步驟：

1）將五水合硝酸鉍和鹵素鉀鹽KX（X=Cl，Br，I）分別溶解于乙二醇中，得到濃度為0.05~0.3mol/L的硝酸鉍乙二醇溶液及濃度為0.05~0.3mol/L的KX乙二醇溶液；然后將KX乙二醇溶液加入至硝酸鉍乙二醇溶液中，持續磁力攪拌形成均勻混合液，其中，Bi與鹵素X（X=Cl，Br，I）的原子比為1:1；

2）將洗凈的FTO導電玻璃片放于反應釜中，加入步驟1）所得混合液，置于烘箱中在80~180 ℃下反應3~24h；反應結束后，分別用去離子水和乙醇沖洗并烘干，得到中間體BiOX（X=Cl，Br，I）薄膜；

3）將乙酰丙酮氧釩溶于二甲亞砜（DMSO）中，得到濃度為0.1~0.4mol/L的乙酰丙酮氧釩DMSO溶液；

4）將乙酰丙酮氧釩DMSO溶液按50 μL/cm²的量滴涂在步驟2）所得BiOX（X=Cl，Br，I）薄膜上，烘干，馬弗爐中400~500℃煅燒1-5h，再于1mol/L NaOH溶液中浸泡以去除表面多余的氧化釩，最后經去離子水沖洗、烘干，即得到金黃色的BiVO₄薄膜。

所得BiVO₄薄膜可作為光陽極，應用于光電催化分解水產氫。