一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法技术

本发明专利技术属于光电催化技术领域，涉及光阳极的制备，尤其涉及一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法。本发明专利技术以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。通过调节前驱体中磷酸的加入量，最终得到具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。所制得的磷掺杂钒酸铋光阳极具有与FTO基底结合牢固，较高的光电流响应等特点。本发明专利技术利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光电子能谱仪、760型电化学工作站等仪器对产物进行结构与性质分析，结果发现5 P‑BiVO4在1.23 V vs RHE下的光电流密度最高可达0.28 mA·cm

Preparation of a phosphorous doped bismuth vanadate photo anode

The invention belongs to the field of photoelectric catalysis technology, relating to the preparation of photo anode, in particular to a preparation method of phosphorus doped bismuth vanadate photoanode. The invention uses bismuth nitrate and ammonium vanadate as the raw material, uses citric acid as the chelating mixture, uses phosphoric acid as the phosphorus source, dissolves the precursor solution in the nitric acid solution, and forms the sol by aging, then the precursor sol is coated on the FTO by impregnation drawing method, and the phosphor bismuth doped bismuth anode is prepared after calcining. The phosphor doped bismuth vanadate photocurrent with higher photocurrent response was obtained by adjusting the amount of phosphoric acid in the precursor. The prepared phosphor doped bismuth vanadate photocurrent has the characteristics of strong bonding with FTO substrate and high photocurrent response. The invention uses X ray diffraction, scanning electron microscope, photoelectron spectroscopy and 760 electrochemical workstations to analyze the structure and properties of the products. The results show that the maximum optical current density of the 5 V BiVO4 in the 1.23 V vs RHE can be up to 0.28 mA. Cm

【技术实现步骤摘要】
一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法
本专利技术属于光电催化
，涉及光阳极的制备，尤其涉及一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法。
技术介绍
钒酸铋（BiVO4）是近年来研究较多的光电催化半导体材料，目前制备BiVO4光阳极的方法主要有水热合成法、直接沉淀法、化学气相沉积法等。然而这些方法在实际应用时存在某些问题，例如水热合成法需要高温高压，反应条件不利于大规模生产；直接沉淀法制备的钒酸铋与基底结合不牢固；化学气相沉积法对设备要求高等缺点。钒酸铋由于自身结构特点导致其光电化学效率较低,考虑到调节掺杂原子的种类和浓度可以调控半导体的带隙、带边位置或在半导体内部形成缺陷位，从而改变光电化学性质。因此，选择合适的掺杂剂及其浓度对于增强光电极的整体性能非常重要。为了得到制备方法简单、便于大规模生产钒酸铋光阳极而提出了本专利技术。利用浸渍提拉方法在FTO上形成前驱体溶胶薄膜，经煅烧处理后得到了具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是制备一种方法简单、成本低、便于大规模生产、与基底结合牢固且具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。技术方案：一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。本专利技术所述磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，包括如下步骤：A、将五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、偏钒酸铵（NH4VO3）和柠檬酸溶于硝酸溶液中，搅拌得到澄清溶液，其中所述五水硝酸铋、偏钒酸铵、柠檬酸和硝酸溶液的摩尔体积比为1mmol:1mmol:2mmol:3mL，所述硝酸溶液的质量浓度为23.3%；B、按照每15mL澄清溶液中分别加入0μL、1.5μL、5μL、10μL85%磷酸搅拌均匀，陈化6～36h得到不同浓度磷掺杂钒酸铋前驱体溶胶，优选陈化24h；C、利用恒温型浸渍提拉镀膜机将钒酸铋前驱体溶液涂覆在经预处理的FTO表面，提拉温度20～60℃，浸渍时间30～120s，提拉速度500～2000μm/s，停留时间100～600s,提拉次数1～5次；优选提拉温度40℃,提拉速度1500μm/s，浸渍时间60s，停留时间300s，提拉次数3次；D、将上述涂覆前驱体溶胶的FTO产品置于瓷舟中在马弗炉中煅烧，升温速率2℃/min,保持温度300～500℃，煅烧时间2～5h，然后自然降温后即得；其中优选温度450℃，煅烧时间4h。本专利技术较优公开例中，所述经预处理的FTO是将FTO片在丙酮、乙醇、蒸馏水中分别超声处理若干时间。本专利技术所制得的磷掺杂钒酸铋光阳极具有与FTO基底结合牢固，较高的光电流响应等特点。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光电子能谱仪、760型电化学工作站等仪器对产物进行结构与性质分析。有益效果本专利技术以五水硝酸铋和偏钒酸铵为原料，以柠檬酸为螯合剂，以磷酸为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化处理使得溶液黏度增加，然后应用浸渍提拉镀膜工艺，在FTO上形成前驱体薄膜，经煅烧后制备出磷掺杂钒酸铋光阳极。通过调节前驱体中磷酸的加入量，最终得到具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。制得的磷掺杂钒酸铋光阳极具有与FTO基底结合牢固，较高的光电流响应等特点。5P-BiVO4在1.23VvsRHE下的光电流密度最高可达0.28mA·cm-2。附图说明图1为不同磷掺杂钒酸铋的X射线衍射图，其中a为BiVO4、b为1.5P-BiVO4、c为5P-BiVO4、d为10P-BiVO4。图2为不同磷掺杂钒酸铋的X射线衍射图在衍射峰29.2°左右的放大图。图3为不同磷掺杂钒酸铋的扫描电子显微镜图，其中a为BiVO4、b为1.5P-BiVO4、c为5P-BiVO4、d为10P-BiVO4。图4为5P-BiVO4的能量色散谱图。图5为不同陈化时间BiVO4在遮光与光照条件下的线性扫描伏安曲线。图6为在浸渍提拉镀膜过程中，不同温度下BiVO4在遮光与光照条件下的线性扫描伏安曲线。图7为BiVO4在遮光条件与BiVO4、1.5P-BiVO4、5P-BiVO4、10P-BiVO4在光照条件下的线性扫描伏安曲线。其中，将前驱体溶液中加入0μL、1.5μL、5μL、10μL磷酸得到的光阳极分别记作BiVO4、1.5P-BiVO4、5P-BiVO4、10P-BiVO4。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。实施例1钒酸铋前驱体溶胶的制备：将5mmol五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、5mmol偏钒酸铵（NH4VO3）和10mmol柠檬酸溶于15mL23.3%的硝酸溶液中搅拌至澄清溶液，陈化6～36h得到钒酸铋前驱体溶胶FTO片预处理：将FTO片在丙酮、乙醇、蒸馏水中分别超声处理30min。浸渍提拉在FTO基底上涂覆前驱体溶胶：利用恒温型浸渍提拉镀膜机在FTO上形成前驱体溶胶薄膜，提拉时温度控制：20～60℃，浸渍时间为：30～120s，提拉速度为:500～2000μm/s，停留时间:100～600s,提拉次数1～5次。煅烧处理得到钒酸铋光阳极:将上述涂覆前驱体溶胶的FTO样品置于瓷舟中在马弗炉中煅烧，升温速率2℃/min,保持温度为300～500℃，保持时间为2～5h，然后自然降温。实施例2BiVO4光阳极的制备：将5mmol五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、5mmol偏钒酸铵（NH4VO3）和10mmol柠檬酸溶于15mL23.3%的硝酸溶液中搅拌至澄清溶液。在室温下陈化24h后，利用恒温型浸渍提拉镀膜机在经预处理的FTO上形成前驱体溶胶薄膜。其条件：（1）提拉温度为40℃；（2）提拉速度为1500μm/s；（3）浸渍时间为60s；（4）停留时间为300s；（5）提拉次数为3次。将上述薄膜样品在马弗炉中煅烧，其煅烧条件为：（1）升温速率2℃/min；（2）保持温度为450℃；（3）保持时间为4h；（4）自然降温。最后得到BiVO4光阳极实施例31.5P-BiVO4光阳极的制备：将5mmol五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、5mmol偏钒酸铵（NH4VO3）和10mmol柠檬酸溶于15mL23.3%的硝酸溶液中搅拌至澄清溶液。然后向澄清溶液中加1.5μL85%磷酸得到含磷的钒酸铋前躯体溶液，在室温下陈化24h后，利用恒温型浸渍提拉镀膜机在经预处理的FTO上形成前驱体溶胶薄膜。其条件：（1）提拉温度为40℃；（2）提拉速度为1500μm/s；（3）浸渍时间为60s；（4）停留时间为300s；（5）提拉次数为3次。将上述薄膜样品在马弗炉中煅烧，其条件为：（1）升温速率2℃/min；（2）保持温度为450℃；（3）保持时间为4h；（4）自然降温。最后得到1.5P-BiVO4光阳极。实施例45P-BiVO4光阳极的制备：将5mmol五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、5mmol偏钒酸铵（NH4VO3）和10mmol柠檬酸溶于15mL23.3%的硝酸溶液中搅拌至澄清溶液。然后向澄清溶液中加入5μL85%磷酸得到含磷的钒酸铋前躯体溶液，在室温下陈化24h后，利用恒温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。

【技术特征摘要】
1.一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。2.根据权利要求1所述磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、将五水硝酸铋、偏钒酸铵和柠檬酸溶于硝酸溶液中，搅拌得到澄清溶液，其中所述五水硝酸铋、偏钒酸铵、柠檬酸和硝酸溶液的摩尔体积比为1mmol:1mmol:2mmol:3mL，所述硝酸溶液的质量浓度为23.3%；B、按照每15mL澄清溶液中分别加入0μL、1.5μL、5μL、10μL85%磷酸搅拌均匀，陈化6～36h得到不同浓度磷掺杂钒酸铋前驱体溶胶；C、利用恒温型浸渍提拉镀膜机将钒酸铋前驱体溶液涂覆在经预处理的FTO表面，提拉温度20～60℃，浸渍时间30～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟东，夏腾，徐东波，陈必义，谢力，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32