[發(fā)明專利]一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210434336.3
• 申請(qǐng)日: 2022-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN115010173B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王松燦;黃維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G31/00
• 分類號(hào): C01G31/00;C25B1/04;C25B1/55;C25B11/087;C25B11/077;C25B11/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發(fā)明公開了一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于光電催化技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有單斜白鎢礦型釩酸鉍半導(dǎo)體材料只能作為光陽極材料的技術(shù)問題。本發(fā)明公開的制備方法：首先將導(dǎo)電基底進(jìn)行預(yù)處理，提高其潤(rùn)濕性，將可溶性鉍鹽和可溶性釩鹽分別配成溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，將在導(dǎo)電基底上形成的薄膜進(jìn)行激光燒結(jié)，得到一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜。本發(fā)明制備得到的單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜具有p型導(dǎo)電性，且具有一定的晶面取向性，在自然光照射下可實(shí)現(xiàn)分解水制取氫氣，在光催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，人類對(duì)清潔能源的需求日益迫切。半導(dǎo)體光電催化分解水制氫技術(shù)可將低能量密度的太陽能轉(zhuǎn)化為高能量密度且易于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)那鍧嵞茉础獨(dú)淠?，是一種便捷、高效利用太陽能的理想途徑，因而受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。由于在光電催化分解水制氫過程中，析氫反應(yīng)發(fā)生在光陰極表面，因此，光陰極的光電性能直接影響光電化學(xué)分解水制氫體系的析氫效率。為了獲得優(yōu)異的光-氫氣轉(zhuǎn)換效率，發(fā)展兼具高光電催化活性和高穩(wěn)定性的光陰極材料至關(guān)重要。

目前，具有高光電催化活性的光陰極主要包括Si、III-V族、CuIn_1-xGa_x(S/Se)₂等p型半導(dǎo)體材料，但上述材料因自身的氧化還原電位窗口位于其帶隙之內(nèi)，導(dǎo)致在光電化學(xué)分解水制氫反應(yīng)過程中易與光生電子/空穴發(fā)生氧化還原反應(yīng)而普遍存在穩(wěn)定性差的問題。已有研究者模擬計(jì)算表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料中的本征缺陷和摻雜離子可調(diào)控其導(dǎo)電類型，例如，氧空位缺陷在金屬氧化物半導(dǎo)體材料中可形成n型施主能級(jí)，而金屬空位缺陷可形成p型受主能級(jí)。因此，在n型金屬氧化物半導(dǎo)體材料中引入適量的金屬空位缺陷理論上可將其轉(zhuǎn)變成p型半導(dǎo)體材料。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究?jī)H有少量報(bào)道。例如，鄒吉軍等在ZnO中引入7.5mol％的Zn空位缺陷，成功將n型ZnO轉(zhuǎn)換成p型ZnO；隨后，該團(tuán)隊(duì)采用類似的方法在TiO₂中引入9.5mol％的Ti空位缺陷，也可將n型TiO₂轉(zhuǎn)變成p型TiO₂。但是，由于ZnO和TiO₂的帶隙較大，約為3.2eV，僅能吸收占太陽光譜4％的紫外光，無法獲得較高的光電催化性能。

單斜白鎢礦型釩酸鉍(BiVO₄)是帶隙僅為2.4eV的n型半導(dǎo)體材料，具有較長(zhǎng)的空穴擴(kuò)散距離和較高的載流子遷移率，理論光電流密度為7.5mAcm^–2，對(duì)應(yīng)的理論光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)9.2％。特別指出的是，BiVO₄在水溶液中具有良好的光電穩(wěn)定性和可見光催化活性，因而在光電化學(xué)分解水制氫領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。但是，由于BiVO₄是一種n型半導(dǎo)體材料，目前的研究?jī)H作為光陽極材料，經(jīng)過多年的發(fā)展，其光電流密度已達(dá)6.22mAcm^–2。鑒于n型BiVO₄的優(yōu)異光電性能，研究如何制備出具有p型導(dǎo)電性能的單斜白鎢礦型BiVO₄光陰極，對(duì)推動(dòng)光電催化分解水制氫領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜及其制備方法和應(yīng)用，用以解決現(xiàn)有單斜白鎢礦型釩酸鉍半導(dǎo)體材料只能作為光陽極材料的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種單斜白鎢礦型釩酸鉍光陰極薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：將導(dǎo)電基底進(jìn)行清洗，隨后進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理基底；

S2：將可溶性鉍鹽、可溶性釩鹽和醋酸溶液混合，得到混合溶液A；

S3：將可溶性甲胺鹽或可溶性乙胺鹽和醋酸溶液混合，得到混合溶液B；