[發(fā)明專利]一種基于LSV光電化學法在BiVO4

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210065480.4
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114411194A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 李碩;李亞會;吳云;宋溪明
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學
• 主分類號: C25B11/087
• 分類號: C25B11/087;C25B11/077;C25B11/052;C25B1/04;C25B1/55
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明公開一種基于LSV光電化學法在BiVO₄電極表面產(chǎn)生氧空位的表面態(tài)鈍化方法及其應用。在模擬太陽光條件下，以BiVO₄電極作為工作電極，鉑絲作為對電極，飽和Ag/AgCl為參比電極組成三電極體系，將三電極體系置于電解質(zhì)溶液中，通過電化學工作站對BiVO₄電極在電壓范圍為?0.6～0.8V vs.Ag/AgCl下進行連續(xù)的線性掃描伏安處理，直到光電流密度達到最大值，得到表面產(chǎn)生氧空位的BiVO₄電極L?BVO。經(jīng)過本發(fā)明處理過程使裸BiVO₄電極表面的氧空位密度明顯增加，而形成表面氧空位可以顯著鈍化表面電子俘獲態(tài)，減少費米能級釘扎效應的影響，并且增強電極的電導率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LSV光電化學測試過程中在BiVO₄電極表面產(chǎn)生氧空位的表面態(tài)鈍化方法及其應用。

背景技術(shù)

在各種理論太陽能-氫能(STH)轉(zhuǎn)換效率較高的半導體材料中，BiVO₄因其窄帶隙(約2.4eV)和有利的帶邊位置而成為目前最有前景的水氧化光陽極。但實際上STH轉(zhuǎn)換效率仍遠低于其理論值(9.3％)。盡管如此，仍有一些致命的缺點需要解決，如四電子過程緩慢的水氧化動力學，快速的表面/體相電荷復合，導致載流子傳輸效率差，空穴擴散長度短(小于70nm)。光陽極的性能取決于光吸收效率和載流子傳輸效率。光照時，只有到達光陽極表面的光生空穴才能參與水的氧化反應。因此，通過一些手段促進BiVO₄半導體中載流子的轉(zhuǎn)移是提高PEC水氧化效率的關(guān)鍵。半導體表面周期結(jié)構(gòu)終止的差異，使得光陽極表面的電子結(jié)構(gòu)相當復雜，特別是對于BiVO₄等三元氧化物半導體光陽極。BiVO₄表面的終止方式有多種，如Bi-O、V-O或氧空位等。這些表面態(tài)直接暴露在電解液中，直接影響光陽極與電解液之間的電荷分離和界面電荷轉(zhuǎn)移。而增加光陽極表面氧空位密度是一個鈍化表面態(tài)的有效方法。增加電極表面氧空位含量不僅能夠有效鈍化表面陷阱態(tài)減少費米能級的釘扎效應，還能增加光電極的電導率，提高光生載流子的分離效率，從而改善光陽極的水氧化性能。

近年來研究開發(fā)了許多改變BiVO₄光陽極表面態(tài)組成的表面處理方法。例如，Wang等報道了電化學處理的BiVO₄光陽極，Gong等報道了光蝕刻方法處理BiVO₄光陽極。在這些研究中，性能的提高與Bi³⁺和V⁵⁺離子的部分還原有系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，這促使電極表面產(chǎn)生了更高的氧空位密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于LSV光電化學測試過程中在BiVO₄電極表面產(chǎn)生氧空位的表面態(tài)鈍化方法。本發(fā)明通過在光電化學測試過程中對BiVO₄電極表面進行處理，使BiVO₄電極表面成分發(fā)生變化，表面氧空位的含量有著明顯的提升，而形成表面氧空位可以顯著鈍化表面電子俘獲態(tài)，并且增強電極的電導率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于LSV光電化學法在BiVO₄電極表面產(chǎn)生氧空位的表面態(tài)鈍化方法，包括如下步驟：在模擬太陽光條件下，以BiVO₄電極作為工作電極，鉑絲作為對電極，飽和Ag/AgCl為參比電極組成三電極體系，將三電極體系置于電解質(zhì)溶液中，通過電化學工作站對BiVO₄電極在電壓范圍為-0.6～0.8V vs.Ag/AgCl下進行連續(xù)的線性掃描伏安處理，直到光電流密度達到最大值，得到表面產(chǎn)生氧空位的BiVO₄電極(L-BVO電極)。