一种钒酸铋/钴酸铈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钒酸铋/钴酸铈复合光电极及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明专利技术提供的钒酸铋/钴酸铈复合光电极包括BiVO4光电极和负载在所述BiVO4光电极表面的钴酸铈层。本发明专利技术通过BiVO4和钴酸铈的协同作用有效抑制了电子

【技术实现步骤摘要】
一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料
，尤其涉及一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]日益恶化的全球能源危机和环境污染是未来几十年人类面临的两大主要挑战。在各种替代能源中，氢能是发达国家清洁能源战略的重要组成部分，具有环境友好、燃料效率高和随时可用等优点。太阳能被认为是一种清洁、取之不尽、用之不竭的自然资源，迫切需要开发高效、低成本的方法将其转化为氢能，以满足长期的能源需求。
[0003]光电催化分解水是将太阳能转化为清洁氢能并缓解能源短缺的十分有吸引力的策略。高效光电催化水分解必须同时满足以下关键标准：(1)宽的太阳能光吸收范围；(2)从光电极体到表面的有效电荷传输；(3)以最小过电位快速消耗表面电荷；(4)在实际应用中具有出色的耐久性。单斜结构的 BiVO4由于具有合适的带隙(约为2.4eV)、低成本和易于合成等优点，受到了研究者的广泛关注。但是，由于光生载流子在电极/电解质界面处的水氧化动力学缓慢，导致BiVO4在光电催化领域的应用仍然受到限制。
[0004]引入助催化剂已被证明是降低BiVO4表面水氧化反应势垒和促进反应物电荷注入的最有效方法之一，纳米催化剂的引入，不仅可以有效促进半导体的电荷分离和表面氧化还原反应，同时具有高比表面积的优点，可以提供更多的活性中心。然而，目前大部分催化剂的改进作用有限，活性提升依然难以达到钒酸铋理论光电流密度。因此，迫切需要开发新型催化剂来加速钒酸铋表面水氧化速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极及其制备方法和应用，提高了钒酸铋的光电催化氧化分解水的能力。
[0006]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：
[0007]本专利技术提供了一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极，包括BiVO4光电极和负载在所述BiVO4光电极表面的钴酸铈层。
[0008]优选的，所述BiVO4光电极包括基底和附着于所述基底表面的BiVO4薄膜；所述BiVO4薄膜的厚度为1～300μm，由BiVO4纳米颗粒形成。
[0009]本专利技术提供了上述方案所述钒酸铋/钴酸铈复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将可溶性钴盐和可溶性铈盐与无水乙醇混合，得到混合电解质溶液；
[0011]将BiVO4光电极浸渍到所述混合电解质溶液中，取出干燥后进行煅烧，得到钒酸铋/钴酸铈复合光电极。
[0012]优选的，所述可溶性钴盐包括硝酸钴、氯化钴和乙酸钴中的一种或多种；所述可溶性铈盐包括硝酸铈或氯化铈。
[0013]优选的，所述混合电解质溶液中可溶性钴盐的浓度为1～40mmol/L，可溶性铈盐的浓度为1～20mmol/L。
[0014]优选的，所述混合电解质溶液中可溶性钴盐与可溶性铈盐的金属原子比为2～5：1。
[0015]优选的，所述浸渍的时间为30～120s。
[0016]优选的，所述煅烧的温度为200～500℃，保温时间为1～3h。
[0017]优选的，升温至所述煅烧的温度的升温速率为1～5℃/min。
[0018]本专利技术提供了上述方案所述钒酸铋/钴酸铈复合光电极或上述方案所述制备方法制备得到的钒酸铋/钴酸铈复合光电极在光电催化水氧化反应中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极，包括BiVO4光电极和负载在所述BiVO4光电极表面的钴酸铈层。本专利技术通过BiVO4和钴酸铈的协同作用有效抑制了电子
‑
空穴对复合，增强了电荷分离和转移，提高了光电催化氧化分解水的能力。
[0020]本专利技术提供了上述方案所述钒酸铋/钴酸铈复合光电极的制备方法，利用含金属钴离子和铈离子的乙醇混合溶液作为前驱体，通过简单的浸渍吸附、煅烧将钴酸铈均匀地负载在钒酸铋表面。本专利技术的制备方法简单，易实现工业化应用。
附图说明
[0021]图1为实施例1中钒酸铋(a)和钒酸铋/钴酸铈(b)复合光电极的扫描电镜图；
[0022]图2为实施例1中钒酸铋/钴酸铈复合光电极的能量分散光谱图；
[0023]图3为实施例2中钒酸铋/钴酸铈复合光电极与纯钒酸铋的紫外可见吸收光谱图；
[0024]图4为实施例3制备的钒酸铋/钴酸铈复合光电极与对比例1～3制备的钒酸铋/钴酸铈的光电流对比图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极，包括BiVO4光电极和负载在所述BiVO4光电极表面的钴酸铈层。
[0026]在本专利技术中，所述BiVO4光电极优选包括基底和附着于所述基底表面的 BiVO4薄膜；所述BiVO4薄膜的厚度优选为1～300μm，更优选为50～250μm，进一步优选为100～200μm。在本专利技术中，所述BiVO4薄膜由BiVO4纳米颗粒形成，所述BiVO4纳米颗粒的粒径优选为50～200nm，更优选为70～170nm。本专利技术对所述基底的种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的基底即可，具体可以为FTO导电玻璃。
[0027]在本专利技术中，所述钴酸铈层的厚度优选为3～100nm，更优选为10～90nm，进一步优选为20～70nm。
[0028]本专利技术通过BiVO4和钴酸铈的协同作用有效抑制了电子
‑
空穴对复合，增强了电荷分离和转移，提高了光电催化氧化分解水的能力。
[0029]本专利技术提供了上述方案钒酸铋/钴酸铈复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
[0030]将可溶性钴盐和可溶性铈盐与无水乙醇混合，得到混合电解质溶液；
[0031]将BiVO4光电极浸渍到所述混合电解质溶液中，取出干燥后进行煅烧，得到钒酸铋/钴酸铈复合光电极。
[0032]在本专利技术中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
[0033]本专利技术将可溶性钴盐和可溶性铈盐与无水乙醇混合，得到混合电解质溶液。在本专利技术中，所述可溶性钴盐优选为硝酸钴、氯化钴和乙酸钴中的一种或多种，更优选为硝酸钴或氯化钴；所述可溶性铈盐优选为硝酸铈或氯化铈，更优选为硝酸铈。在本专利技术中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的时间优选为5～15min，更优选为5～10min。
[0034]得到混合电解质溶液后，本专利技术将BiVO4光电极浸渍到所述混合电解质溶液中，取出干燥后进行煅烧，得到钒酸铋/钴酸铈复合光电极。
[0035]本专利技术对所述BiVO4光电极的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可。
[0036]在本专利技术中，所述BiVO4光电极的制备方法，优选包括以下步骤：
[0037]用硝酸对碘化钾水溶液进行pH值调节；
[0038]将硝酸铋与调整pH值后的碘化钾水溶液混合，得到碘化钾
‑
硝酸铋混合液；
[0039]将对苯醌与乙醇混合，得到对苯醌溶液；
[0040]将所述铋源碘化钾混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒酸铋/钴酸铈复合光电极，包括BiVO4光电极和负载在所述BiVO4光电极表面的钴酸铈层。2.根据权利要求1所述的钒酸铋/钴酸铈复合光电极，其特征在于，所述BiVO4光电极包括基底和附着于所述基底表面的BiVO4薄膜；所述BiVO4薄膜的厚度为1～300μm，由BiVO4纳米颗粒形成。3.权利要求1或2所述钒酸铋/钴酸铈复合光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将可溶性钴盐和可溶性铈盐与无水乙醇混合，得到混合电解质溶液；将BiVO4光电极浸渍到所述混合电解质溶液中，取出干燥后进行煅烧，得到钒酸铋/钴酸铈复合光电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性钴盐包括硝酸钴、氯化钴和乙酸钴中的一种或多种；所述可溶性铈盐包括硝酸铈或氯化铈。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊贤强，於静，韩得满，张晓，王雨欣，刘子龙，范倩敏，
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：