本发明专利技术公布了一种TiO2/BiVO4光阳极材料，其包括衬底，垂直生长于衬底表面的TiO2纳米棒阵列，以及沉积于所述TiO2纳米棒表面的BiVO4纳米颗粒层。提高了光电解水性能，较之其它的光电解水材料，有效地克服了界面层的晶格缺陷，减小了光生电子空穴对的复合，提高了光阳极材料的稳定性，扩大了可见光的吸收光谱范围，促进了光生电子和空穴的有效分离，实现了一边产氢一边产氧的同步反应，而且产氢与产氧量接近于2:1，是比较理想的光电解水材料。此外，发明专利技术还公布了所述TiO2/BiVO4光阳极材料的制备方法，其具有工艺上易实现纳米结构的控制，所制备的二元纳米棒阵列的结晶性能优异，界面质量较高的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能电解水领域，尤其涉及一种Ti02/BiV04*阳极材料及其制备方法。
技术介绍
太阳能是一种新型绿色能源，利用太阳光分解水制取氢气，发展“太阳能燃料”可以克服太阳能低密度、高分散、不稳定、不连续的特点，在化石燃料日益枯竭及环境污染严重的当今社会备受关注Guo Liejin, Liu Tao, Ji Jun, et al.Science&TechnologyReview, 2005, 23(2):29-33]。近年来，取向良好的一维单晶宽带隙半导体纳米棒阵列受到越来越多的关注。这种结构能够为光生电子传输提供直接路径，增大电子传输速率。单晶T12纳米棒(T12NRs)对可见光的透过率较高，且化学和光稳定性较高，故作为光阳极有很大的优势。然而，T12的带隙较宽，其光吸收范围限制在紫外区，因此只用T12作为光阳极材料，难以提高太阳光的利用率，光电效率很低。由于具有带隙较窄和过电势较低等优点，半导体材料BiVO4最近倍受人们关注，ffalsh, A.；Yan, Y.；Huda, M.N.；A1-Jassim, Μ.M.；ffei, S.-H.Band Edge ElectronicStructure of Structure of BiVO4, Elucidating the Role of the Bi s and Vd orbitals.Chem.Mater.2009, 21, 547-551] ； Abdi F F, Han L, Smets A H M, etal.Efficient solar water splitting by enhanced charge separat1n in a bismuthvanadate-silicon tandem photoelectrode.Nature communicat1n, 2013, 4]o 此夕卜，BiVO4*阳极可以在化学性质温和的电解液中工作，同时获得一个可观的光电化学性能，这使得它在太阳能水解方面具有很好的前景。但是，BiVO4也存在光生电子和空穴对的再复合，从而导致光电量子产率低的问题，为了减少电子空穴对的复合几率，提高BiVO4材料光电水解性能，将BiVOJ^成纳米结构是一种最常见且有效的方法。由两种禁带宽度不同的半导体复合而成的复合半导体，可以拓展可见光的吸收范围，提高半导体电荷分离能力，因而成为改善光催化活性的有效方法之一。近些年来，半导体二元复合结构的研宄取得了诸多进展。例如，Pratap M.Rao, Lili Cai, ChongLiu等人制备的W03/Bi￥04核壳纳米棒光阳极，在1.0V (相对于可逆氢电极)饱和光电流达到 1.5mA/cm2 Rao P M, Cai L, Liu C，et al.Simultaneously efficient lightabsorpt1n and charge separat1n in W03/BiV04Core/shell nanowire photoanode forphotoelectrochemical water oxidat1n.Nano letters,2014，14 (2):1099-1105]；Sav1 J.A.Moniz, Jun Zhu等人用喷涂法制备的BiV04/Zn0纳米棒阵列光阳极，饱和光电流可以达到1.6mA/cm2(l.0V相对于可逆氢电极)Moniz S J A, Zhu J, Tang J.1DCo-Pi Modified BiV04/Zn0 Junct1n Cascade for Efficient PhotoelectrochemicalWater Cleavage.Advanced Energy Materials, 2014, 4(10) ] ；Ean Sun Kim,HyunJoon Kang, Ganesan Megesh等人用传统的固相反应法合成了 CaFe204/BiV04m米颗粒复合光阳极，饱和光电流同样达到1.lmA/cm2(l.0V相对于可逆氢电极)Moniz S JA, Zhu J, Tang J.1D Co - Pi Modified BiV04/Zn0 Junct1n Cascade for EfficientPhotoelectrochemical Water Cleavage.Advanced Energy Materials, 2014, 4 (10)]；Mingzheng Xie, Xuedong Fu, Liqiang Jing 等人用刮涂法制备的 Ti02/BiV04纳米颗粒复合光阳极，其饱和的光电流达到0.3mA/cm2 (1.0V相对于可逆氢电极) Xie M, FuX, Jing L, et al.Long-Lived, Visible-Ligh-Excited Charge Carriers of T12/BiV04Nanocomposites and their Unexpected Photoactivity for Water Splitting.Advanced Energy Materials, 2014，4 (5)]。上述研宄表明T12-BiVO4的复合能有效提高电荷分离，然而，目前的研宄仅限于纳米颗粒方面的复合，对Ti02/BiV04复合方法在一维纳米棒阵列方面的研宄还较少。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供了一种界面性能优异、饱和光电流大、产氢速率高的Ti02/BiV04*阳极材料及其制备方法。一方面，本专利技术提供了一种Ti02/BiV04光阳极材料，其包括衬底，垂直生长于衬底表面的T12纳米棒阵列，以及沉积于所述T12纳米棒表面的BiVO 4纳米颗粒层。另一方面，本专利技术提供了所述Ti02/BiV04*阳极材料的制备方法，其包括以下步骤:(I)配制 6ml-10ml 去离子水、6ml_10ml 36.5_38wt% 的浓盐酸和 0.18ml-0.23ml98被％的钛酸四正定酯溶液，将衬底浸入混合溶液中，150°C _180°C反应4h_10h，最后在450-550°C的空气中退火lh-2h，得到T12纳米棒阵列；(2)配置可溶性Bi盐与可溶性V4+盐的混合溶液，调节混合溶液PH至4.7，以步骤⑴得到的打02纳米棒阵列为工作电极，设置参比电极和对电极，在2.1V-2.3V电压、1.5C-4C电量条件下沉积BiVO4纳米颗粒层，沉积后在450°C -550°C退火，得到所述T1 2/BiVO4光阳极材料。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用电化学沉积方法构筑了 Ti02/BiV04复合纳米棒阵列光阳极，对其结构控制方法及其光电解水性能进行了系统研宄。以T12纳米棒阵列为一维电子通道，利用8”04与T1 2的能级结构和优异界面，在小偏压和太阳光辐照下实现了光生载流子在界面的有效分离，并能有效分解水分子。通过改变BiVO4的电化学沉积电量，对1102作^04复合纳米棒阵列光阳极的结构和光电化学性能进行了优化，所获得的饱和光电流在1.0V相对于可逆氢电极、I个太阳光照达到了 1.55mA/cm2。扫描电镜和透射电子显微镜结果表明，电化学沉积的BiV本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种TiO2/BiVO4光阳极材料，其包括衬底，垂直生长于衬底表面的TiO2纳米棒阵列，以及沉积于所述TiO2纳米棒表面的BiVO4纳米颗粒层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：童锐，王喜娜，周小龙，王浩，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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