一种MOFs包覆的OV-BiVO制造技术

本发明专利技术公开了一种MOFs均匀包覆的O

Ovbivo coated with MOFs

【技术实现步骤摘要】
一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料制备和光电催化
，具体涉及一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极及其制备方法和在光电催化分解水中的应用。
技术介绍
随着工业的飞速发展，一方面能源消耗巨大，人类面临着能源短缺的威胁；另一方面，化石能源的使用造成了严重的环境污染。因此开发和利用新型能源成为各国科学家的研究焦点。其中，氢气具有能量密度高，来源广，环境友好的特点，被认为未来替代化石能源的潜在能源材料。光电催化分解水制氢技术的应用被认为是解决能源问题的一种有效途径。BiVO4作为一种新型的可见光响应光催化剂，具有独特的电子结构、较窄的禁带宽度和合适的能带位置，并具有较高的热稳定性和化学稳定性，被广泛的应用于光电催化分解水的研究。但其光生电子和空穴的快速复合较为严重，并且对水的氧化能力不足制约了BiVO4的实际应用。研究者采用了大量的方法对BiVO4进行了改性研究，其中包括元素掺杂(Mo[1]，W[2])，氧空位的引入[3]，助催化剂表面修饰[4]等。元素掺杂能够促进BiVO4的导电性，进而促进光生电子-空穴的分离。但是元素掺杂通常需要复杂的制备过程，并且需要引入其他金属，增加制备成本，不利于大规模应用。氧空位的引入一方面能够增强BiVO4的导电性，另一方面氧空位具有较强的对水分子的吸附和活化作用。但是具有氧空位的BiVO4在光电水氧化过程中表现出较差的稳定性[5]。这是由于水氧化过程中产生大量的氧气，氧气可以填充到氧空位中使其失去活性，因此氧空位的稳定是保持其活性的关键。另外，助催化剂的表面修饰是促进电子-空穴分离和提高产氧动力学的有效方法。但是文献报道的多数助催化剂以颗粒的形式负载到BiVO4的表面，助催化剂与BiVO4接触面较小，不利于电子-空穴的高效分离[1]。另外，BiVO4与电解质接触时会造成溶解，使其活性降低。核壳结构的设计能够实现高效的电子传输，提高光阳极的活性和稳定性[6]。但是目前制备核壳结构光阳极的方法较为单一，主要是光沉积法[7]，表面活性剂辅助的溶剂热法[6]。上述两种方法存在较大问题，其中光沉积法只适用于几类核壳结构的制备，普适性较差。另外，表面活性剂作为表面配位基团合成的核壳结构光阳极的稳定性较差。参考文献[1]Y.Shi,Y.Yu,Y.Yu,Y.Huang,B.Zhao,B.Zhang,BoostingPhotoelectrochemicalWaterOxidationActivityandStabilityofMo-DopedBiVO4throughtheUniformAssemblyCoatingofNiFe–PhenolicNetworks,ACSEnergyLetters,3(2018)1648-1654.[2]J.-S.Ma,L.-Y.Lin,Y.-S.Chen,Facilesolid-statesynthesisforproducingmolybdenumandtungstenco-dopedmonoclinicBiVO4asthephotocatalystforphotoelectrochemicalwateroxidation,InternationalJournalofHydrogenEnergy,44(2019)7905-7914.[3]J.-W.Jang,D.Friedrich,S.Müller,M.Lamers,H.Hempel,S.Lardhi,Z.Cao,M.Harb,L.Cavallo,R.Heller,R.Eichberger,R.vandeKrol,F.F.Abdi,EnhancingChargeCarrierLifetimeinMetalOxidePhotoelectrodesthroughMildHydrogenTreatment,AdvancedEnergyMaterials,7(2017).[4]D.K.Lee,K.-S.Choi,Enhancinglong-termphotostabilityofBiVO4photoanodesforsolarwatersplittingbytuningelectrolytecomposition,NatureEnergy,3(2017)53-60.[5]R.Zhang,Y.-C.Zhang,L.Pan,G.-Q.Shen,N.Mahmood,Y.-H.Ma,Y.Shi,W.Jia,L.Wang,X.Zhang,W.Xu,J.-J.Zou,EngineeringCobaltDefectsinCobaltOxideforHighlyEfficientElectrocatalyticOxygenEvolution,ACSCatalysis,8(2018)3803-3811.[6]Y.-J.Dong,J.-F.Liao,Z.-C.Kong,Y.-F.Xu,Z.-J.Chen,H.-Y.Chen,D.-B.Kuang,D.Fenske,C.-Y.Su,Conformalcoatingofultrathinmetal-organicframeworkonsemiconductorelectrodeforboostedphotoelectrochemicalwateroxidation,AppliedCatalysisB:Environmental,237(2018)9-17.[7]B.Zhang,L.Wang,Y.Zhang,Y.Ding,Y.Bi,UltrathinFeOOHNanolayerswithAbundantOxygenVacanciesonBiVO4PhotoanodesforEfficientWaterOxidation,AngewandteChemie,57(2018)2248-2252.
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是在于提供了一种MOFs均匀包覆的OV-BiVO4复合光阳极的制备方法，通过溶剂热法将MOFs包覆在经表面阴离子化处理后的OV-BiVO4的表面，MOFs的表面包覆一方面可以快速转移其与OV-BiVO4界面的空穴，实现高效的电荷分离；另外，可以保护氧空位，增强稳定性。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极的制备方法，包括如下步骤：(1)通过电化学沉积-阴离子交换的方法制备BiVO4纳米片阵列；(2)将步骤(1)得到的BiVO4纳米片阵列置于含氢气气氛中灼烧得到OV-BiVO4；(3)将步骤(2)得到的OV-BiVO4进行表面阴离子化处理后，通过水热法将MOFs包覆到OV-BiVO4表面。本专利技术中的BiVO4纳米阵列可参照现有技术制得，具体制备过程为：将0.97gBi(NO3)3·5H2O溶于50ml0.4MKI溶液中，搅拌10min，超声20min，加入浓硝酸调pH至1.6～1.7；再加入20ml0.23M对苯醌乙醇溶液，搅拌5min；以FTO为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOFs包覆的O

【技术特征摘要】
1.一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过电化学沉积-热处理的方法制备BiVO4纳米阵列；
(2)将步骤(1)得到的BiVO4纳米阵列置于含氢气气氛中灼烧得到OV-BiVO4；
(3)将步骤(2)得到的OV-BiVO4进行表面阴离子化处理后，通过水热法将MOFs包覆到OV-BiVO4表面。


2.根据权利要求1所述的一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述含氢气气氛为H2气氛或H2/Ar混合气气氛，灼烧温度为300℃，灼烧时间为10min。


3.根据权利要求1所述的一种MOFs包覆的OV-BiVO4复合光阳极的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将OV-BiVO4浸泡在含有邻位酚羟基的羧酸醇溶液中，静置进行表面阴离子化处理，所述含有邻位酚羟基的羧酸为单宁酸、咖啡酸或没食子酸，所述醇为甲醇或乙醇，羧酸醇溶液的浓度为2～10mg/ml。

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【专利技术属性】
技术研发人员：尹双凤，潘金波，申升，陈浪，郭君康，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43