本发明专利技术涉及WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料及其制备方法和在光电催化中的应用,属于光电催化领域。一种WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,主要表现形式为单斜相WO3、单斜BiVO4和非晶态FeOOH。WO3在底层,BiVO4覆盖在WO3上,FeOOH包裹在最外层,其中,BiVO4的质量为WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料总质量85‑95%。本发明专利技术WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料利用WO3/多孔BiVO4构建高效异质结,FeOOH作为助催化剂,多方面提高光电催化性能,可有效地应用在光电催化中,具有高效性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料及其制备方法和在光电催化中的应用,属于光电催化领域。
技术介绍
日益增长的社会需求对电力和能源带来了诸多挑战,比如提高能源效率,开发新能源以及对环境的保护。氢能因其清洁、可再生、资源广泛,并且具有很高的能量密度被认为是理想的能源载体。而半导体材料可通过光电化学(PEC)分解水能将太阳能转化为化学能,引起了广泛的关注。BiVO4具有较窄的禁带宽度(~2.4eV),适宜的能带结构,优异的稳定性以及低廉的成本,在光催化降解有机污染物,光催化分解水,光电催化、光致发光等方面都有潜在的应用。然而,影响BiVO4光电阳极转化效率的主要因素是有限的光吸收能力、电荷分离效率和表面电荷转移能力,这些极大的限制了它在光电催化方面的应用。研究表明,通过构建异质结可以有效地提高电荷分离效率,同时,在表面添加助催化剂可以大大提升表面电荷转移能力,从而提高光电催化分解水效率。因此,基于以上讨论,如能探索一种有效的方法制备异质结结构和助催化剂,将有望解决目前单相BiVO4材料存在的主要问题,有力推动光电催化技术在太阳能转换领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提供一种催化活性高效、稳定的WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现:一种WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,所述的复合材料中的主要表现形式为单斜相WO3、单斜BiVO4和非晶态FeOOH。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料中,WO3在底层,BiVO4覆盖在WO3薄膜上,FeOOH包裹在最外层,其中,BiVO4的质量为WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料总质量85-95%。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料中,WO3为粒径30-60nm的WO3薄膜,WO3薄膜的厚度为30-50nm,BiVO4为多孔BiVO4,多孔BiVO的厚度为300-1800nm,FeOOH的厚度为0.5-10nm。本专利技术还提供一种上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法,所述的制备方法包括如下步骤:将六氯化钨(WCl6)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于二甲基甲酰胺(DMF)中,室温搅拌均匀形成旋涂液,取旋涂液涂覆到FTO导电玻璃的导电面,干燥后退火形成WO3薄膜基底;将PVP、双(乙酰丙酮)氧化钒(VO(acac)2)、五水硝酸铋和偶氮二甲酸二异丙酯(DIPA)溶解于无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺中,室温下搅拌混合成纺丝液,以金属针头作阳极、WO3薄膜基底作阴极,将纺丝液静电纺丝得前驱体薄膜,前驱体薄膜经退火得WO3/多孔BiVO4;在FeSO4·H2O溶液中,WO3/多孔BiVO4作工作电极,Ag/AgCl(3MKCl)作参比电极,铂片作对电极,300W氙灯和AM1.5G的光照下,在0.5Vvs.Ag/AgCl电位下进行光沉积,得到WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料。本专利技术三元体系复合材料制备中使用的原料为WCl6、PVP、DMF、Bi(NO3)3·5H2O、VO(acac)2和DIPA、无水乙醇、冰醋酸、FeSO4·H2O,其中PVP、DMF、无水乙醇、冰醋酸、DIPA在煅烧处理的过程中分解完全挥发;WCl6提供W源合成WO3,Bi(NO3)3·5H2O和VO(acac)2分别提供Bi源供BiVO4合成,FeSO4·H2O提供Fe源,合成FeOOH。在本专利技术静电纺丝中加入偶氮二甲酸二异丙酯(DIPA)做发泡剂,将它溶于纺丝液中,在后期退火的过程中会释放出大量的气体,形成多孔BiVO4。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法中,双(乙酰丙酮)氧化钒(VO(acac)2)与五水硝酸铋的质量比为(1.5-2.5):1。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法中,静电纺丝溶液中无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺三者的质量比为1:(2.5-4):(1.5-2.5)。无水乙醇,冰醋酸和二甲基甲酰胺作为溶剂溶解五水硝酸铋和双(乙酰丙酮)氧化钒,纺丝时需要考虑溶剂的挥发速率,将无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺三者按上述比例配比才能纺出丝。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法中,静电纺丝溶液中无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺三者的质量比为1:3:2。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法中,静电纺丝中阳极和阴极之间的距离为12-18cm,注射速度为0.05-0.2mm/min,压力为10-22kV,静电纺丝的时间为5-18min。在上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法中,光沉积的时间为5min-20min。在本申请中如果沉积时间过短,小于5min,FeOOH量太少,不能完全覆盖住WO3/多孔BiVO4,也不能完全发挥助催化剂的作用;若沉积时间过长,大于20min,过多的FeOOH会影响电极的光吸收、光生载流子的分离和传递,从而影响光电催化效率。本专利技术的第三个目的在于提供上述WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料在光电催化中的应用,将WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料作工作阳极,Ag/AgCl(3MKCl)作参比电极,铂片作对电极,在氙灯的光照下,在0.5MNa2SO4和0.5MNa2SO3的混合溶液中,利用电化学工作站测试其光电流密度和阻抗。光催化性能检测所使用的光源为氙灯模拟太阳光,亦可使用其它类型的光源。与现有技术相比,本专利技术具有如下优点:1、本专利技术WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料利用WO3/多孔BiVO4构建高效异质结,FeOOH作为助催化剂,多方面提高光电催化性能。2、本专利技术BiVO4的合成中通过添加DIPA发泡剂,形成多孔结构,便于光电催化性能测试中电解液的渗入,并且制造了更多的活性位点,有利于光电催化性能的提高。3、本专利技术WO3/BiVO4/FeOOH三元体系材料可有效地应用在光电催化中,具有高效性和稳定性。4、本专利技术WO3/BiVO4/FeOOH三元体系光电阳极的制备方法工艺简单可控,具有很好的重复性。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的WO3薄膜基底扫描电镜(SEM)图;图2为本专利技术实施例1所制得的WO3薄膜基底横截面扫描电镜(SEM)图;图3为本专利技术实施例1所得的WO3/多孔BiVO4的扫描电镜(SEM)图;图4为本专利技术实施例1所得的WO3/多孔BiVO4的横截面扫描电镜(SEM)图;图5为本专利技术实施例1所得的WO3/BiVO4/FeOOH的扫描电镜(SEM)图;图6为本专利技术实施例1所得的WO3/BiVO4/FeOOH的横截面扫描电镜(SEM)图;图7为本专利技术实施例1所得的WO3/BiVO4/FeOOH光电阳极的X射线衍射图谱(XRD);图8为本专利技术实施例1所得的WO3/BiVO4/FeOOH光电阳极的拉曼图谱(Raman);图9为本专利技术实施例2所得的WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的横截面扫描电镜(SEM)图;图10为本专利技术实施例3所得的WO3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,其特征在于,所述的复合材料中的主要表现形式为单斜相WO3、单斜BiVO4和非晶态FeOOH。
【技术特征摘要】
1.一种WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,其特征在于,所述的复合材料中的主要表现形式为单斜相WO3、单斜BiVO4和非晶态FeOOH。2.根据权利要求1所述的WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,其特征在于,WO3在底层,BiVO4覆盖在WO3上,FeOOH包裹在最外层,其中,BiVO4的质量为WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料总质量85-95%。3.根据权利要求1或2所述的WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料,其特征在于,WO3为粒径30-60nm的WO3薄膜,WO3薄膜的厚度为30-50nm,BiVO4为多孔BiVO4,多孔BiVO的厚度为300-1800nm,FeOOH的厚度为0.5-10nm。4.WO3/BiVO4/FeOOH三元体系复合材料的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括如下步骤:将六氯化钨和聚乙烯吡咯烷酮溶于二甲基甲酰胺中,室温搅拌均匀形成旋涂液,取旋涂液涂覆到FTO导电玻璃的导电面,干燥后退火形成WO3薄膜基底;将PVP、双(乙酰丙酮)氧化钒、五水硝酸铋和偶氮二甲酸二异丙酯溶解于无水乙醇、冰醋酸和二甲基甲酰胺中,室温下搅拌混合成纺丝液,以金属针头作阳极、WO3薄膜基底作阴极,将纺丝液静电纺丝得前驱体薄膜,前驱体薄膜经退火得WO3/多孔BiVO4;在FeSO4·H2O溶液中,WO3/多孔BiVO4作工作电极,Ag/AgCl作参比电极,铂片作对电极,300W氙灯和AM1.5G的光照下,在0...
【专利技术属性】
技术研发人员:侯慧林,马自在,杨为佑,
申请(专利权)人:宁波工程学院,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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