[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)取向的、類(lèi)單晶釩酸鉍納米棒陣列的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111508056.4
• 申請(qǐng)日: 2021-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114182281A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何冬青;王麗杰;葉騰凌;王星月;王琦;張曉臣;崔向紅;劉曉東;楊娜;張松
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C25B11/052
• 分類(lèi)號(hào): C25B11/052;C25B11/075;C25B1/04;C25B1/55
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

一種具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)取向的、類(lèi)單晶釩酸鉍納米棒陣列的制備方法，涉及光陽(yáng)極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種釩酸鉍納米棒陣列的制備方法。是要解決現(xiàn)有方法制備的BiVO₄薄膜的光電流密度低的問(wèn)題。方法：一、制備ZnO種子層溶液；二、在FTO導(dǎo)電基底上制備具有[001]取向的ZnO種子層；三、制備BiVO₄陣列；四、煅燒。本方法制備的納米棒陣列具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)方向，垂直于導(dǎo)電基底的結(jié)構(gòu)，可以提高光生載流子的傳輸效率，避免光生載流子在傳輸路徑上的晶界勢(shì)壘，可提高光生電子和空穴的分離效率，從而提高BiVO₄的光電流密度。本發(fā)明用于制備釩酸鉍納米棒陣列。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光陽(yáng)極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種釩酸鉍納米棒陣列的制備方法。

背景技術(shù)

如何開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)，利用光電化學(xué)分解水技術(shù)制備可再生能源氫氣已引起科學(xué)家們的極大興趣。作為半導(dǎo)體家族的重要一員，釩酸鉍(BiVO₄)是一種環(huán)境友好、無(wú)毒、價(jià)格低廉的n型半導(dǎo)體，并在光解水制氫，有機(jī)物的降解、染料敏化太陽(yáng)電池等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。由于BiVO₄具有合適的帶隙寬度(～2.4eV)，能夠吸收可見(jiàn)光，因此是光解水制氫技術(shù)的理想材料，然而遺憾的是BiVO₄較低的電荷載流子傳輸速率，較短的光生空穴擴(kuò)散距離限制了其光電化學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步提高，因此設(shè)計(jì)和控制合成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的BiVO₄薄膜是非常有必要的。

為了獲得具有高光電流密度的BiVO₄光陽(yáng)極，研究者們不斷地改進(jìn)BiVO₄薄膜的制備方案，例如利用兩步法，即在已制備的金屬氧化物薄膜的基礎(chǔ)上采用金屬有機(jī)釩分解法制備BiVO₄薄膜，或者在高真空、高溫情況下，利用脈沖激光法直接沉積生產(chǎn)BiVO₄薄膜。然而上述這些方法不僅制備工藝復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，而且制備的BiVO₄薄膜或者由納米顆粒組裝而成(顆粒易形成勢(shì)壘)，不利于光生載流子的傳輸，或者由大塊的晶體形成(暴露的活性面較小)，不利于光電反應(yīng)中固液兩相的充分接觸，從而限制了光電活性的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制備的BiVO₄薄膜的光電流密度低的問(wèn)題，提供一種具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)取向的、類(lèi)單晶釩酸鉍納米棒陣列的制備方法。

本發(fā)明具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)取向的、類(lèi)單晶釩酸鉍納米棒陣列的制備方法，包括以下步驟：

一、制備濃度為0.1-0.5mol/L的醋酸鋅-乙醇溶液，即ZnO種子層溶液；

二、在FTO導(dǎo)電基底上制備具有[001]取向的ZnO種子層：

將醋酸鋅-乙醇溶液均勻的涂敷在清洗后的FTO玻璃上，共涂覆3-5次，然后于80-85℃下烘干，置馬弗爐內(nèi)，于空氣氣氛下，280-350℃鍛燒30-60分鐘，得到具有[001]取向的ZnO種子層的FTO玻璃；

三、BiVO₄陣列制備：

將備有ZnO種子層的FTO玻璃浸入到反應(yīng)液中，于50-90℃條件下，反應(yīng)2-4小時(shí)，然后將FTO玻璃用去離子水反復(fù)沖洗，自然干燥；

所述反應(yīng)液由鉍源溶液和釩源溶液組成，鉍源溶液的濃度為0.001-0.005mol/L，釩源溶液的濃度為0.001-0.005mol/L，鉍源溶液和釩源溶液的體積比為(0.5-5)：1；

四、煅燒

將步驟三干燥后的FTO玻璃置于管式爐中，通入氣體進(jìn)行燒結(jié)，即在FTO玻璃表面得到具有[010]優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)取向的、類(lèi)單晶釩酸鉍納米棒陣列。

本發(fā)明的有益效果：