一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用，属于防腐材料技术领域，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料。本发明专利技术提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，进而实现金属的阴极保护。实施例的结果显示，本发明专利技术提供的复合光电极的开路电位达到

【技术实现步骤摘要】
一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及防腐材料
，尤其涉及一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光电阴极保护技术采用半导体光电极作为吸光材料，利用光照下产生的光生电子来极化金属，从而避免金属材料在恶劣环境下腐蚀溶解，该技术采用太阳能作为能量输入，且保护过程不损耗半导体，是一种理想的金属腐蚀保护技术。
[0003]光电阴极保护技术应用的关键是找到合适的半导体材料，该半导体材料要求带隙窄、稳定、载流子分离效率高，但是目前使用的大部分半导体材料如TiO2、SrTiO3和ZnO等带隙较大，仅能吸收太阳能光谱中的紫外光部分，而这部分能量仅占整个太阳能光谱的3～5％，导致太阳能利用率低。
[0004]钒酸铋是一种三元光电极材料，其带隙仅为2.2eV，能够有效捕获太阳光，但是，由于其载流子复合速率过快，而界面空穴转移较慢，钒酸铋电极的光生阴极防腐性能极弱。
[0005]因此，如何提高钒酸铋的光生阴极防腐性能成为现有技术的难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用。本专利技术提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极具有优异的载流子分离和界面电荷转移效率，具有良好的光生阴极防腐性能。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
[0009]优选地，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为50～200nm。
[0010]优选地，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为500～1500nm。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；
[0013](2)以所述步骤(1)得到的混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极；所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。
[0014]优选地，所述步骤(1)的混合溶液中乙酸钠的浓度为0.1～3mol/L，乙酸铁的浓度为0.1～1mol/L，次亚磷酸钠的浓度为0.1～1mol/L。
[0015]优选地，所述步骤(1)中乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1：(1～5)。
[0016]优选地，所述步骤(1)中混合溶液的pH值为5～7。
[0017]优选地，所述步骤(2)中三电极体系中的对电极为铂网电极，三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl电极。
[0018]优选地，所述步骤(2)中循环伏安电沉积的电位为
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1.5～0V，循环伏安电沉积的循环段数为60～300，循环伏安电沉积的扫描速度为20～200mV/s。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极或按照上述技术方案所述制备方法制备的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光生阴极防腐中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。本专利技术提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，同时磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，进而实现金属的阴极保护。实施例的结果显示，本专利技术提供的复合光电极的开路电位达到
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545mV，远大于钒酸铋电极的
‑
362mV，与304不锈钢耦合后自腐蚀电位为
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402mV，比单纯不锈钢的自腐蚀电位小32mV。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极和钒酸铋电极在光照下的线性扫描伏安曲线图；
[0022]图2为本专利技术实施例2中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极、对比例1中的光电极和钒酸铋电极与304不锈钢耦合时在暗态和光照下的开路电位
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时间曲线图；
[0023]图3为本专利技术实施例3中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢耦合电极、钒酸铋电极与304不锈钢耦合电极和纯304不锈钢的塔菲尔极化曲线图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
[0025]本专利技术提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极包括基底。本专利技术对所述基底的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的光电极用基底即可。在本专利技术中，所述基底优选为FTO导电玻璃。
[0026]本专利技术提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极还包括负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
[0027]在本专利技术中，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径优选为50～200nm，更优选为100～150nm；所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度优选为500～1500nm，更优选为600～1200nm，最优选为700～1000nm。在本专利技术中，所述钒酸铋是一种三
元光电极材料，其带隙仅为2.2eV，能够有效捕获太阳光，含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，提高其防腐性能。本专利技术将氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径和氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度限定在上述范围内，能够进一步提高其防腐性能。
[0028]本专利技术提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，同时磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，控制钒酸铋的粒径等参数，进一步实现金属的阴极保护。
[0029]本专利技术提供了上述技术方案所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。2.根据权利要求1所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，其特征在于，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为50～200nm。3.根据权利要求1所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，其特征在于，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为500～1500nm。4.权利要求1～3任意一项所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；(2)以所述步骤(1)得到的混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极；所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊贤强，韩得满，张晓，陈啸，武承林，禇雨潇，
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：