[發明專利]一種銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910071993.4
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109706468B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 補鈺煜;張亞萍;敖金平
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 西安中科匯知識產權代理有限公司 61254
• 代理人: 韓冰

本發明公開了一種銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極及其制備方法和應用，采用電化學沉積的方式在FTO表面沉積BiOI前驅體；用0.2M的乙酰丙酮釩溶液進行交換，得到釩酸鉍電極，多余的V₂O₅用NaOH溶液除去；BiVO₄?Rh?SrTiO₃光陽極的合成。本發明制備的銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極進行了Rh摻雜之后的SrTiO₃與BiVO₄復合后，其光電化學性能有了明顯的提升，且當Rh摻雜量為5％時光電化學性能最好，BiVO₄與Rh5％?SrTiO₃之間形成的異質結的作用非常微弱，而是Rh5％?SrTiO₃起到了很好的產氧助催化的作用，有效降低了電極與電解液接觸界面的反應能壘，并且接觸界面的反應活性位點增多，使得釩酸鉍價帶上的空穴能夠有效地轉移到電極表面與水發生氧化反應，光生電子空穴得到了有效的分離。

技術領域

本發明涉及光陽極材料制備技術領域，特別是一種銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極及其制備方法和應用。

背景技術

太陽能是地球上含量最豐富、清潔并且是可再生的能源，但是現階段而言，要實現太陽能的有效利用還是一個巨大的挑戰。光電化學水分解技術不僅可以有效地捕獲太陽能，還可以將太陽能以氫氣、氧氣的形式儲存起來，被認為是一項非常有前景的技術。光電化學水分解可以分為兩大步驟，一是還原過程生成氫氣，另一個是氧化過程生成氧氣。氫氣生成的過程只需要兩電子參與反應，而水氧化生成氧氣的過程需要四電子參與并且反應過程中產生四種中間物質。多電子參與的反應往往會面臨更多的反應動力學能壘問題。因此，在光電化學水分解的過程中水氧化生成氧氣的半反應是整個反應的決定性步驟。

BiVO₄是一種n型半導體，其組成元素在地球上儲量豐富。自從BiVO₄被首次報道作為一種光催水氧化材料之后，逐漸被應用于光電化學水分解的光陽極。并且被認為是非常有前景的光陽極，因為其在可見光區域有良好的光吸收性能(禁帶寬度2.4eV)，并且價帶位置at 2.4eV vs.NHE.但是釩酸鉍的效率因為其自身的一些缺陷而受到了一定的限制。極低的電子遷移率導致光生載流子復合幾率大并且表現出較低的表面水氧化動力學。

光生載流子的復合問題可以通過金屬元素摻雜得到改善。Zhong等通過7％In³⁺摻雜BiVO₄很大程度上抑制了光生電子-空穴的復合，使得光電化學性能得到明顯提升。Mo也多被用來對BiVO₄進行摻雜，以提高光生載流子的分離效率.表面氧化動力學可以通過添加產氧助催化劑的方式來提高。現在最常用的產氧助催化劑通常是Fe、Co、Ni類的。但是不管通過金屬摻雜還是添加產氧助催化劑的方式，其光生電流密度在高偏壓下提升較明顯，然而在0-0.6V vs RHE范圍的低偏壓下并沒有很明顯的提升。

SrTiO₃導帶位置較負，用Rh進行摻雜后，可以拓寬光吸收范圍，因此Rh-SrTiO₃經常被用來作為一種產氫材料與BiVO₄構建Z體系。而且，大多數的研究報道主要是針對粉末光催化劑，鮮少有將BiVO₄/SrTiO₃體系作為光電極薄膜來研究用作光催化水產氧氣材料。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極及其制備方法和應用。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：

銠摻雜鈦酸鍶超薄納米層覆蓋的釩酸鉍光陽極的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、采用電化學沉積的方式在FTO表面沉積BiOI前驅體；