[發(fā)明專利]一種兩步噴霧熱解制備釩酸鉍薄膜的方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911040097.8
• 申請(qǐng)日: 2019-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN112717917B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉德宇;況永波;田恒政;安娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): B01J23/22
• 分類號(hào): B01J23/22;B01J35/06;C01B3/04
• 代理公司: 寧波元為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發(fā)明提供一種兩步噴霧熱解制備釩酸鉍薄膜的方法。該方法將包含碘化銨和硝酸鉍的混合有機(jī)溶液作為前驅(qū)體；控制導(dǎo)電基底溫度為200℃～400℃，將前驅(qū)體溶液霧化后噴涂在導(dǎo)電基底上，控制噴涂速度為0.1～2毫升/平方厘米/分鐘，噴涂總量為5～20毫升/平方厘米，形成BiOI薄膜；然后，將含鉬摻雜的乙酰丙酮氧釩DMSO混合溶液均勻噴涂在80℃～120℃的BiOI薄膜上，在300℃～500℃煅燒1h～5h，獲得釩酸鉍薄膜。該方法成本低，簡(jiǎn)單易操作，能夠制成具有納米結(jié)構(gòu)、大面積、高性能的釩酸鉍薄膜，可作為光電催化分解水制氫的光陽極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備及光電催化領(lǐng)域，具體涉及一種兩步噴霧熱解制備釩酸鉍薄膜的方法及其在光電催化分解水產(chǎn)氫中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

當(dāng)前，化石燃料產(chǎn)生的碳排放及能源分布、消費(fèi)不均衡造成的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，新的可再生、清潔能源成為關(guān)乎人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性問題。以太陽能為源頭的氫能在近年來日益受到關(guān)注，且被認(rèn)為是最有可能應(yīng)對(duì)人類未來能源發(fā)展挑戰(zhàn)的解決方案之一，而其中一個(gè)核心問題在于如何高效地將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能源。在眾多解決方案中，光電催化分解水全系統(tǒng)一次投入和運(yùn)行綜合成本具有明顯優(yōu)勢(shì)，是制取氫氣的最具效費(fèi)比途徑之一。

釩酸鉍由于其合適的帶隙寬度，優(yōu)良的穩(wěn)定性，對(duì)于太陽光的可吸收性強(qiáng)，被認(rèn)為是最有前景的光電催化分解水材料之一。學(xué)術(shù)和工業(yè)界已有一些粉體制備方案。但從粉體材料到高效薄膜光電極存在很大的形態(tài)差異與制備難度。簡(jiǎn)單涂布法已被證實(shí)基本無法形成具有可接受量子效率的光電極。國際上廣為采用的高效能光電極制備方法包括電沉積法、化學(xué)氣相沉積法、激光濺射沉積法。但是，電沉積法實(shí)驗(yàn)條件難以控制，成品率低；化學(xué)氣相沉積法、激光濺射沉積法對(duì)設(shè)備要求極高，同樣不利于產(chǎn)業(yè)化。

因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)、可靠，并且適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)釩酸鉍薄膜的制備方法對(duì)釩酸鉍材料的應(yīng)用以及光電催化分解水的應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種釩酸鉍薄膜的制備方法，具有成本低，簡(jiǎn)單易操作，能夠制得大面積、高性能的釩酸鉍薄膜。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明人通過探索研究后發(fā)現(xiàn)使用兩步法制備釩酸鉍薄膜，首先噴霧熱解制備碘氧化鉍(BiOI)薄膜，然后再熱解形成釩酸鉍(BiVO₄)薄膜，不僅能夠降低制備難度、大幅度降低成本，而且能夠得到大面積的釩酸鉍薄膜。

即，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種兩步噴霧熱解制備釩酸鉍薄膜的方法，包括以下步驟：

(1)將五水合硝酸鉍溶于有機(jī)溶劑中，得到濃度為0.01～0.2mol/L的硝酸鉍溶液；將碘化銨溶于有機(jī)溶劑中，得到濃度為0.01～0.2mol/L碘化銨溶液；將硝酸鉍溶液與碘化銨溶液均勻混合，得到前驅(qū)體溶液；

(2)控制導(dǎo)電基底溫度為200℃～400℃，將前驅(qū)體溶液霧化后噴涂在導(dǎo)電基底上，控制噴涂速度為0.1～2毫升/平方厘米/分鐘，噴涂總量為5～20毫升/平方厘米，形成BiOI薄膜；

(3)控制步驟(2)制得的BiOI薄膜溫度在80℃～120℃，將混合溶液均勻噴涂在步驟(2)制得的BiOI薄膜上，在300℃～500℃下煅燒1h～5h，然后去除表面的多余的氧化釩，得到BiVO₄薄膜；

所述的混合溶液的制備方法為：將乙酰丙酮氧釩和乙酰丙酮氧鉬溶于二甲亞砜中，形成含鉬摻雜的乙酰丙酮氧釩DMSO混合溶液，簡(jiǎn)記為混合溶液。

作為一種實(shí)現(xiàn)方式，煅燒完成后采用0.2～1mol/L，ph8.5的硼酸鹽溶液清洗薄膜表面，以去除表面多余的氧化釩。

所述步驟(1)中，有機(jī)溶劑包括乙二醇、甲醇及其他溶劑。

所述步驟(1)中，作為優(yōu)選，所得前驅(qū)體溶液中Bi原子與I原子的摩爾比為1：1～1：5。