[發明專利]BiVO4

有效

• 申請號: 202110566485.0
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113403642B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 白紅葉;孫東甜;范偉強;白亞杰;龐緒良
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/053;C25B1/04;C25B1/55;C25D9/04
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本發明屬于復合材料制備技術領域，涉及光電催化劑的制備，尤其涉及一種Co_1?XS與BiVO₄復合光電極(BiVO₄/Co_1?XS)的制備方法，包括：在四個燒杯分別添加50 mL去離子水并編號1、2、3、4，在1號燒杯中溶解0.05～0.15 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O，在3號燒杯中溶解0.05～0.15 mmol Na₂S；將負載有BiVO₄的FTO片依編號次序在上述燒杯中浸泡，循環10?50次后取出，去離子水洗凈，室溫干燥，即可得到BiVO₄/Co_1?XS。本發明利用電沉積法、煅燒法和SILAR方法合成BiVO₄/Co_1?XS，Co_1?XS納米顆粒復合在BiVO₄表面，有效地提高BiVO₄/Co_1?XS復合光電催化劑載流子遷移速率，改善電子與空穴復合問題，提高其光電催化性能。本發明制備工藝較為簡單，所制備的BiVO₄/Co_1?XS應用于光電催化分解水制氫具有良好應用前景，在環境、能源等領域也能發揮作用。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，涉及光電催化劑的制備，尤其涉及一種Co_1-XS與BiVO₄復合光電極(BiVO₄/Co_1-XS)的制備方法及其應用。

背景技術

H₂作為理想的能量載體，可用于能量儲存、運輸和燃料電池等領域。H₂在燃燒過程中提供的能量遠高于化石燃料，燃燒后的產物不會對環境造成污染，是可代替化石燃料的重要能源之一，因此探索清潔高效的H₂能源生產模式，對有效促進綠色可持續發展十分必要。太陽能驅動的水分解制氫是一種環境友好的方法，其中光電化學（PEC）分解水是成熟而有前途的技術。然而在PEC系統中，篩選合適的半導體對性能的影響十分重要，BiVO₄在這一領域中一直備受關注。BiVO₄具有合適的帶隙（2.4 eV），其導帶非常接近H⁺/H₂反應的熱力學氧化還原電位，這對于水分解制備H₂來說具有明顯優勢，并且BiVO₄促進太陽能向氫氣的轉化效率可達到9.3％。此外，BiVO₄具有性能穩定、毒性低和可見光響應優良等優點。

然而，載流子的傳輸速度和氧化動力學緩慢、電子-空穴重組效率高等問題極大地限制了BiVO₄的應用。研究者已經嘗試了許多方法來解決這些問題，例如元素摻雜、異質結構建、合成氧空位等方式，取得了豐碩的成果。比如，通過Ar-等離子刻蝕技術，BiVO₄薄膜可以產生可控的氧空位，其光電流已達到4.32 mA/cm²，遠高于其他純BiVO₄。這主要歸因于表面氧空位的活化有利于電荷的分離和向水氧化反應的轉移。除上述方法外，用助催化劑改性也是提高BiVO₄性能的常用方法。過渡金屬化合物通常用作析氧反應（OER）催化劑，例如過渡金屬硫化物具有低成本、高熱穩定性、弱M-S鍵和無毒等優點，被稱為理想的陽極材料。值得注意的是，過渡金屬硫化物具有高電導率，這是由于硫的低電負性使其與金屬反應形成彈性結構，這對電子的傳輸十分有利。其中的Co_1-XS是一種具有窄帶隙（1.25 eV）的半導體材料，它與BiVO₄的能帶結構相匹配，并且具有很強的可見光吸收能力。因此，Co_1-XS和BiVO₄的組合將有效分離光生電子-空穴對，從而提高PEC性能。

迄今為止，未見公開以SILAR方法成功將BiVO₄與Co_1-XS復合，用于光電化學分解水。

發明內容