一种钒酸铋-金属有机配合物复合光电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光电极技术领域，特别涉及一种钒酸铋

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光电极
，特别涉及一种钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半导体光电催化水氧化能够结合光催化和电催化的优势，能够在少量偏压和太阳光照射条件下将水分解为H2和O2。目前，研究人员已经开发了多种用于半导体光电催化水氧化的半导体光阳极，如ZnO、Fe2O3、TiO2、WO3、CuWO4或BiVO4。其中，单斜结构的钒酸铋(BiVO4)由于带隙(约为2.4eV)窄、光谱吸收范围宽而得到研究者的注意。
[0003]实现钒酸铋光电极的工业应用仍存在两个关键问题：钒酸铋的稳定性较差，在碱性溶液中易发生溶解腐蚀，光照下则易发生光腐蚀，极大地限制了其长时间的稳定性；钒酸铋/溶液界面的水氧化反应牵涉到四电子转移，该反应在动力学上极其缓慢，导致水分解的活性较弱。针对这两个问题，最常用的一种方法是在钒酸铋电极表面负载无机电催化剂，如在钒酸铋电极表面负载FeOOH、CoPi、NiFe
‑
LDH或NiOOH，无机电催化剂的负载，可以减少钒酸铋电极与溶液的直接接触，进而减少化学腐蚀；同时，无机电催化剂的引入可以降低水氧化的活化能，提高界面电荷转移速度，进而提高水分解的活性。但是，目前存在的无机电催化剂技术方案(如ShiY,YuY,YuY,et al.Boosting Photoelectrochemical Water Oxidation Activity and Stability of Mo
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Doped BiVO
4 through the Uniform Assembly Coating of NiFe
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Phenolic Networks[J].ACS Energy Letters,2018:acsenergylett.8b00855.)中，无机电催化剂包覆钒酸铋不均匀，容易导致溶液中的离子渗透至钒酸铋层而发生化学腐蚀，结构稳定性差，故而光电化学性能不佳。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极及其制备方法，本专利技术提供的钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极具有结构稳定性高、光电化学性能优良且稳定性高的特点。
[0005]为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极，包括基底和负载在所述基底表面的BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜由BiVO4‑
金属有机配合物颗粒构成；所述BiVO4‑
金属有机配合物颗粒包括BiVO4内核和包覆所述BiVO4内核的金属有机配合物形成的外壳；
[0007]所述金属有机配合物为Fe
2+
‑
2,5
‑
二羟基对苯二甲酸络合物。
[0008]优选的，所述金属有机配合物为无定型结构。
[0009]优选的，所述BiVO4内核的粒径为100～200nm；所述外壳的厚度为3～100nm。
[0010]优选的，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜的厚度为1～50μm。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
[0012]提供BiVO4光电极，所述BiVO4光电极包括基底和负载于所述基底表面的BiVO4薄膜，所述BiVO4薄膜由BiVO4颗粒形成；
[0013]将无机金属盐、有机配体和溶剂混合，得到无机金属盐
‑
配体混合液；所述无机金属盐包括无机亚铁盐；所述有机配体为2,5
‑
二羟基对苯二甲酸；
[0014]将BiVO4光电极置于无机金属盐
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配体混合液浸没，进行水热反应，得到所述钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极。
[0015]优选的，所述无机亚铁盐包括氯化亚铁、硫酸亚铁或硝酸亚铁。
[0016]优选的，所述无机金属盐
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配体混合液中无机金属金属离子和有机配体的摩尔比为1：(2～3)。
[0017]优选的，所述无机金属盐
‑
配体混合液中无机金属盐的浓度为8～50mmol/L。
[0018]优选的，所述水热反应的温度为130～150℃，时间为10～16h。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极或上述技术方案所述制备方法得到的钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极作为催化电极在光电催化水氧化反应中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极，包括基底和负载在所述基底表面的BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜由BiVO4‑
金属有机配合物颗粒构成；所述BiVO4‑
金属有机配合物颗粒包括BiVO4内核和包覆所述BiVO4内核的金属有机配合物形成的外壳；所述金属有机配合物为Fe
2+
‑
2,5
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二羟基对苯二甲酸络合物。
[0021]在本专利技术中，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜由BiVO4‑
金属有机配合物颗粒构成，所述BiVO4‑
金属有机配合物颗粒包括BiVO4内核和包覆所述BiVO4内核的金属有机配合物形成的外壳，相对简单混合，所述BiVO4‑
金属有机配合物颗粒的核壳结构使得BiVO4内核与金属有机配合物形成的外壳的结合力高，确保了BiVO4内核与金属有机配合物形成的外壳之间紧密连接，同时改善了BiVO4内核与金属有机配合物形成的外壳的界面完整性，有利于钒酸铋与金属有机配合物分布的同步性和均匀性，降低了钒酸铋的腐蚀损失，提高了结构稳定性；同时，还避免了BiVO4内核与金属有机配合物形成的外壳之间的间隙，降低了光生空穴的转移阻力和光生载流子的复合速度，从而达到降低水分解的过电位、增加光电流密度、提高光稳定性的效果。而且，金属有机配合物能够钝化钒酸铋内核表面的表面态，降低钒酸铋载流子的表面复合速率，从而提高了复合光电极与电解质界面光生空穴的浓度，加速复合光电极与电解质界面水氧化速率；同时，金属有机配合物形成的外壳可以加速界面水分子的活化，导致界面载流子转移速率提升，从而提高钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极的水分解活性，使所得BiVO4‑
金属有机配合物复合光电极具有优良的光电催化水氧化性能。
[0022]进一步的，无定型结构的金属有机配合物更是显著钝化钒酸铋内核表面的表面态，降低钒酸铋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极，包括基底和负载在所述基底表面的BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜由BiVO4‑
金属有机配合物颗粒构成；所述BiVO4‑
金属有机配合物包括BiVO4内核和包覆所述BiVO4内核的金属有机配合物形成的外壳；所述金属有机配合物为Fe
2+
‑
2,5
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二羟基对苯二甲酸络合物。2.根据权利要求1所述的钒酸铋
‑
金属有机配合物复合光电极，其特征在于，所述金属有机配合物为无定型结构。3.根据权利要求1所述的钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极，其特征在于，所述BiVO4内核的粒径为100～200nm；所述外壳的厚度为3～100nm。4.根据权利要求1所述的钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极，其特征在于，所述BiVO4‑
金属有机配合物复合薄膜的厚度为1～50μm。5.权利要求1～4任一项所述钒酸铋
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金属有机配合物复合光电极的制备方法，包括以下步骤：提供BiVO4光电极，所述BiVO4光电极包括基底和负载于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊贤强，艾成浩，梅优阳，张晓，韩得满，李江山，程高飞，武承林，
申请(专利权)人：台州市生物医化产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：