一种BiVO4/CoP薄膜电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于金属防腐技术领域，具体涉及一种BiVO4/CoP薄膜电极及其制备方法和应用。本发明专利技术将乙酸盐、次亚磷酸盐、可溶性钴盐与溶剂混合，得到混合电解质溶液，并将BiVO4光电极置于混合电解质溶液中，以BiVO4光电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安电沉积，得到BiVO4/CoP薄膜电极。实施例结果表明，本发明专利技术提供的BiVO4/CoP薄膜电极载流子分离效率高，能够有效抑制光生电子

【技术实现步骤摘要】
一种BiVO4/CoP薄膜电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于金属防腐
，具体涉及一种BiVO4/CoP薄膜电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属材料是人类历史上使用时间最长的材料之一。它们在工业、农业生产和科学研究领域中广泛用作结构材料和功能材料。然而，金属的热力学不稳定状态使其在使用过程中不可避免地具有腐蚀的趋势。金属腐蚀具有很大的破坏性。
[0003]目前，金属防腐技术可分为两类：物理屏障保护和电化学保护方法。物理屏障保护是通过在金属基板的表面上涂覆钝化层以防止氧气、水、盐的接触和渗透，从而防止金属与这些物质发生化学反应。电化学保护法则是通过外加电流使金属制品的电位发生变化，从而减缓或抑制金属制品的腐蚀。电化学保护分为两种，即阳极保护法和阴极保护法。其中，光电阴极保护是一种新型的阴极保护技术，不以防腐材料作为牺牲剂，无需消耗防腐材料，仅使用绿色清洁的太阳能来减缓甚至抑制金属材料的腐蚀，实现永久的保护。
[0004]光电阴极保护主要通过金属与光电极(由半导体材料制备得到)实现金属防腐，利用半导体涂层能在光照辐射条件下产生光生电子空穴对的效应，将半导体涂层受光激发产生的光生电子转移到基底金属材料上，从而实现对基底金属的保护。在光电阴极保护技术中，寻找更有效的半导体材料尤为重要。到目前为止，已经广泛开发了许多半导体，如TiO2，SnO2，α
‑
Fe2O3/Fe3O4、BiVO4等，它们可以提供足够的电子用于金属材料以减缓或防止氧化反应。
[0005]BiVO4具有合适的带隙结构(Eg≈2.4eV)，可以在可见光驱动下驱动水氧化反应，还具有相对负的导带电位，热力学上有利于电子向保护金属的转移。但是，BiVO4光电极的水氧化活性较差，电子空穴复合率较高，开路电位下光生电子难以从BiVO4光电极转移至被保护金属上，从而限制了对金属的光生阴极防护能力。此外，BiVO4光电极稳定性较低，易发生化学腐蚀和光腐蚀，在光生阴极防腐中的应用并不稳定。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种BiVO4/CoP薄膜电极及其制备方法和应用，本专利技术提供的BiVO4/CoP薄膜电极水氧化活性好，耐化学腐蚀和光腐蚀的性能好，在光生阴极防腐中的应用时的稳定性好。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种BiVO4/CoP薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：将乙酸盐、次亚磷酸盐、可溶性钴盐与溶剂混合，得到混合电解质溶液；
[0009]将BiVO4光电极置于所述混合电解质溶液中，以BiVO4光电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安电沉积，在所述BiVO4光电极表面形成CoP助催化剂层，得到BiVO4/CoP薄膜电极。
[0010]优选地，所述混合电解质溶液中乙酸盐的浓度为0.5～5mol/L，次亚磷酸盐的浓度为0.01～0.5mol/L，可溶性钴盐的浓度为0.02～1mol/L。
[0011]优选地，所述三电极系统的对电极为铂网电极，参比电极为氯化银电极。
[0012]优选地，所述循环伏安电沉积的条件包括：扫描速率为50～200mV/s，电位范围为
‑
0.9～0V，循环次数为3～100次。
[0013]优选地，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薄膜的厚度为500～1000nm。
[0014]优选地，所述BiVO4薄膜由BiVO4纳米颗粒形成；所述BiVO4纳米颗粒的粒度为100～200nm。
[0015]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的BiVO4/CoP薄膜电极，所述BiVO4/CoP薄膜电极包括BiVO4光电极和负载于BiVO4光电极表面的CoP助催化剂层。
[0016]优选地，所述所述CoP助催化剂层的厚度为2～50nm。
[0017]本专利技术还提供了上述方案所述BiVO4/CoP薄膜电极在光生阴极防腐中的应用。
[0018]优选地，所述应用中的阴极金属材料为不锈钢、碳钢和钛板。
[0019]本专利技术提供了一种BiVO4/CoP薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：将乙酸钠、次亚磷酸钠、乙酸钴与溶剂混合，得到混合电解质溶；将BiVO4光电极置于混合电解质溶液中，以BiVO4光电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安电沉积，得到BiVO4/CoP薄膜电极。本专利技术通过循环伏安电沉积，将BiVO4上的V
5+
电还原为V
4+
，进而在BiVO4表面引入氧空位，同时，将溶液中的Co
2+
和H2PO
2－
转换为CoP沉积于BiVO4外层，通过氧空位的引入和CoP的负载改善BiVO4的空穴转移效率，提高水氧化反应速率，显著降低了水氧化的活化能，提升了BiVO4光电极的载流子分离效率，从而抑制了光生电子
‑
空穴的复合速率，在可见光驱动条件下实现电极表面有效的水分解，直接使光生电子在光电极FTO基底上聚集，并驱动光生电子有效转移至被保护金属，实现了开路电位有效光电阴极防腐。沉积于BiVO4外层的CoP层与丰富的氧空位在协同作用下能够有效提高BiVO4层的耐化学腐蚀性和耐光腐蚀性，保证BiVO4光电极能够稳定应用于光生阴极防腐中。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为实施例1中所制备BiVO4、BiVO4/CV和BiVO4/CoP薄膜电极的X射线衍射图；
[0022]图2为实施例1中所制备BiVO4/CoP薄膜电极的Co元素XPS图；
[0023]图3为实施例1中所制备BiVO4/CoP薄膜电极的P元素XPS图；
[0024]图4为实施例2中所制备BiVO4/CoP薄膜电极的扫描电镜图；
[0025]图5为实施例2中所制备BiVO4光电极的扫描电镜图；
[0026]图6为实施例3中所制备BiVO4光电极、BiVO4/CV薄膜电极和BiVO4/CoP薄膜电极的拉曼光谱；
[0027]图7为实施例3中可见光照射下BiVO4光电极、BiVO4/CV薄膜电极和BiVO4/CoP薄膜
电极的光电流
‑
时间曲线图；
[0028]图8为实施例4中BiVO4‑
304不锈钢耦合电极、BiVO4/CV
‑
304不锈钢耦合电极和BiVO4/CoP
‑
304不锈钢耦合电极在暗态和光照下的开路电位
‑
时间曲线图；
[0029]图9为实施例5中可见光照射下BiVO4‑
304不锈钢耦合电极、BiVO4/C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BiVO4/CoP薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将乙酸盐、次亚磷酸盐、可溶性钴盐与溶剂混合，得到混合电解质溶液；将BiVO4光电极置于所述混合电解质溶液中，以BiVO4光电极为工作电极，采用三电极系统进行循环伏安电沉积，在所述BiVO4光电极表面形成CoP助催化剂层，得到BiVO4/CoP薄膜电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合电解质溶液中乙酸盐的浓度为0.5～5mol/L，次亚磷酸盐的浓度为0.01～0.5mol/L，可溶性钴盐的浓度为0.02～1mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三电极系统的对电极为铂网电极，参比电极为氯化银电极。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环伏安电沉积的条件包括：扫描速率为50～200mV/s，电位范围为
‑
0.9～0V，循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊贤强，张晓，褚雨潇，武承林，吴琛琦，张川群，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：