一种通过补偿掺杂提高光电极光生载流子分离效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过补偿掺杂提高光电极光生载流子分离效率的方法，包括如下步骤：1)在导电衬底的表面制备若干层Mo:BiVO4薄膜，所述Mo:BiVO4为Mo

Method for improving carrier separation efficiency of photoelectric Aurora by compensating doping

The invention discloses a method for improving the carrier separation efficiency of a photoelectric Aurora by compensating doping, comprising the following steps: 1) preparing several layers of Mo:BiVO4 film on the surface of the conductive substrate, wherein the Mo:BiVO4 is Mo;

【技术实现步骤摘要】
一种通过补偿掺杂提高光电极光生载流子分离效率的方法
本专利技术属于太能能利用
，具体涉及一种通过补偿掺杂提高BiVO4光电极光生载流子分离效率的方法，利用掺杂不同的金属离子调控Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极内部和界面的光生载流子分离效率以及光电化学活性的方法。
技术介绍
能源短缺和环境污染问题已成为世界各国所面临的最严重问题，如何有效解决能源和环境问题对整个人类社会具有重要意义。太阳能作为一种储量丰富、价格便宜、绿色环保的新能源，受到了人们的广泛关注。近期，基于太阳能利用的各种高新技术吸引了世界各国研究人员的广泛关注。光电化学技术是一种有效利用太阳能资源，并将其转化为化学能的新技术，能够将水分解成氢气和氧气，解决能源与环境方面的相关问题。然而，光电化学技术目前最大的问题是其光电转换效率依然较低，无法满足大规模工业化生产的要求。因此，进一步提高光电化学分解水的光电转化效率，对促进和推动光电化学技术发展及其应用具有重要的意义。光电化学过程中光生载流子的分离效率，作为影响其光电转化效率的一个重要因素，严重影响了光电化学分解水的活性。目前，人们普遍采用的用于提高光生载流子分离效率的方式主要有：将不同半导体材料复合形成异质结或者在半导体光电极表面负载金属或非金属助催化剂的方式，来促进光生载流子的分离。虽然，通过上述方法的辅助具有增强的电荷有效地改善了PEC性能在内部和界面处的分离效率。然而，不可避免的引入新的表面，这将为进入大量的缺陷，这些缺陷作为载流子的复合中心会增加载流子的复合。因此，寻找能够更有效提高光生载流子分离效率的新方法，进一步提高光生载流子分离效率，对提高光电化学的光电转换效率，促进其发展和实际应用具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种通过补偿掺杂提高BiVO4光电极光生载流子分离效率的方法。该制备方法的合成方法和实验步骤简单，制备产率高，制备得到的光电极中Mo:BiVO4和Co:BiVO4费米能级位置不同，形成的界面电场作为促进Mo:BiVO4/Co:BiVO4光阳极的光电化学分解水中光生载流子分离的驱动力，从而提高Mo:BiVO4/Co:BiVO4光阳极内部光生载流子的分离效率。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极的制备方法，包括如下步骤：1)在导电衬底的表面制备若干层Mo:BiVO4薄膜，所述Mo:BiVO4为Mo6+掺杂的BiVO4；2)在Mo:BiVO4薄膜的表面制备若干层Co:BiVO4薄膜，Co:BiVO4为Co2+掺杂的BiVO4；Co:BiVO4的制备方法包括如下步骤：硝酸铋和硝酸钴的冰醋酸混合溶液和乙酰丙酮氧钒的乙酰丙酮溶液混合，得到第一总混合溶液，然后将第一总混合溶液涂覆在Mo:BiVO4薄膜的表面，干燥、煅烧制得Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极。现有的光电极中，如果要提高光电极的界面分离，就必须在阳离子掺杂的BiVO4表面负载助催化剂，如氧化钴，在这个过程中需要引入新的界面增加缺陷。另外，Mo离子掺杂的BiVO4形成的是n型半导体，而Co离子掺杂的BiVO4形成的是p型半导体，Mo:BiVO4和Co:BiVO4之间形成pn结，增加Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极的内部分离。进一步的，步骤1)中，Mo:BiVO4薄膜的制备方法，包括如下步骤：将硝酸铋和硝酸钼的醋酸混合溶液与乙酰丙酮氧钒的乙酰丙酮溶液混合，得第二总混合溶液，将第二总混合溶液滴加在导电衬底上，制膜、干燥、煅烧，制得。更进一步的，步骤1)中，第二总混合溶液中，Bi:(Mo+V)的摩尔比为1:1，Mo离子的浓度为2.5-5％。进一步的，步骤1)中，Mo:BiVO4薄膜的层数为1-3层。进一步的，步骤2)中，第一总混合溶液中Co离子的浓度为2-8％，优选为6％。进一步的，步骤2)中，硝酸铋、硝酸钴和乙酰丙酮氧钒的摩尔比为(Bi+Co):(V)的摩尔比为1:1。更进一步的，步骤2)中，每层Co:BiVO4薄膜的前驱体薄膜的制备方法为将380μL混合溶液滴加在导电衬底上，用转速为1000转的速率甩膜10s制得。更进一步的，步骤2)中，Co:BiVO4前驱体薄膜干燥的温度为150℃，干燥的时间为10min。更进一步的，步骤2)中，Co:BiVO4前驱体薄膜煅烧的温度为500℃，煅烧的时间为30min。本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极。本专利技术还提供了上述Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极在光电化学分解水中的应用。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的合成方法和实验步骤简单，制备产率高，可大量制备；2、同质结光电极Mo:BiVO4/Co:BiVO4中Co:BiVO4具有类似于Co-Pi的助催化剂性质，与Mo:BiVO4/Co-Pi相比较，减少界面来降低的载流子的复合将是有利对于提高BiVO4光阳极的光电化学催化活性。3、Mo:BiVO4和Co:BiVO4完美的晶格匹配大大减少界面的缺陷数量进一步减少载流子的复合。可以利用Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极内的静电场和Co:BiVO4中Co离子的浓度调控光电化学分解水的光电流、光生载流子的内部与界面的分离。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术实施例1中Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1中不同浓度的Co离子掺杂BiVO4制备的Mo:BiVO4/Co:BiVO4(Mo:BiVO4为2层，Co:BiVO4为2层)光电极光电流曲线；图3为本专利技术实施例1中不同浓度的Co离子掺杂BiVO4制备的Mo:BiVO4/Co:BiVO4(Mo:BiVO4为2层，Co:BiVO4为2层)光电极的内部和界面的载流子分离随外加偏压的变化曲线；图4为不同层数的Co:BiVO4所制备的Mo:BiVO4/Co:BiVO4(Mo的掺杂浓度为3％，Co的掺杂浓度为6％)光电极光电流；图5为不同层数的Co:BiVO4所制备的Mo:BiVO4/Co:BiVO4(Mo的掺杂浓度为3％，Co的掺杂浓度为6％)光电极的内部和界面的载流子分离随外加偏电压的变化曲线；图6为Mo:BiVO4/Co-Pi和Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极光电流密度对比曲线；图7为Mo:BiVO4/Co-Pi和Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极界面的载流子分离随外加偏压变化曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例1利用修改的金属-有机物沉淀法制备同质结Mo:BiVO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过补偿掺杂提高光电极光生载流子分离效率的方法，其特征在于：包括Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极的制备方法，包括如下步骤：1)在导电衬底的表面制备若干层Mo:BiVO4薄膜，所述Mo:BiVO4为Mo

【技术特征摘要】
1.一种通过补偿掺杂提高光电极光生载流子分离效率的方法，其特征在于：包括Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极的制备方法，包括如下步骤：1)在导电衬底的表面制备若干层Mo:BiVO4薄膜，所述Mo:BiVO4为Mo6+掺杂的BiVO4；2)在Mo:BiVO4薄膜的表面制备若干层Co:BiVO4薄膜，Co:BiVO4为Co2+掺杂的BiVO4；Co:BiVO4的制备方法包括如下步骤：硝酸铋和硝酸钴的冰醋酸混合溶液和乙酰丙酮氧钒的乙酰丙酮溶液混合，得到第一总混合溶液，然后将第一总混合溶液涂覆在Mo:BiVO4薄膜的表面，干燥、煅烧制得Mo:BiVO4/Co:BiVO4光电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，Mo:BiVO4薄膜的制备方法，包括如下步骤：将硝酸铋和硝酸钼的醋酸混合溶液与乙酰丙酮氧钒的乙酰丙酮溶液混合，得第二总混合溶液，将第二总混合溶液滴加在导电衬底上，制膜、干燥、煅烧，制得。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽岩，张博，黄柏标，张晓阳，秦晓燕，王朋，刘媛媛，张倩倩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37