【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料，具体涉及一种物相组成可调的钒酸铋电极合成方法及其应用。
技术介绍
1、钒酸铋的晶体结构有三种：四方锆石型，单斜白钨矿型，四方白钨矿型。这几种类型的钒酸铋中，单斜白钨矿型钒酸铋和四方白钨矿型钒酸铋在528k的温度下可以实现可逆的晶体结构转换。而四方锆石型钒酸铋则是一种热力学上相对不稳定的晶体结构，当对其在670-770k下进行加热处理后会不可逆的转变到单斜白钨矿型钒酸铋。在光催化和光电催化等太阳能转化领域，四方锆石型和单斜白钨矿型钒酸铋是两种最常见的钒酸铋材料，其中四方锆石型钒酸铋的带隙为2.9ev,单斜白钨矿型钒酸铋的带隙为2.4ev。受限于可见光的吸收范围小以及低温合成方法带来的低结晶度，四方锆石型钒酸铋在太阳能转化领域的研究非常有限。对于低温合成的材料，提高其结晶度的方法通常是在高温下后处理，但由于四方锆石型钒酸铋的热力学不稳定特点，高温制备或是后处理一直是个巨大的挑战。
2、具有梯度能带结构的半导体薄膜电极可以形成有利于光生电子和空穴的分离传输的能级差，但长期以来实现这种梯度能带结构一直依赖于对半导体薄膜进行掺杂。具有不同能带结构的两种半导体可以形成异质结，同种材料的不同物相其能带结构同样具有显著的差异，比如钒酸铋，四方锆石型钒酸铋的带隙为2.9ev,单斜白钨矿型钒酸铋的带隙为2.4ev。如能可控制备具有不同物相组成钒酸铋亚层的薄膜，便可以得到不同能带结构，从而构建具有梯度能带结构的钒酸铋电极。然而目前钒酸铋电极研究中关于解决钒酸铋物相组成的问题，尤其是在制备方法上直接实现高结晶度的不
技术实现思路
1、针对长期以来钒酸铋电极物相不可控的问题，本专利技术通过简单的一步合成方法在基底上实现四方锆石型和单斜白钨矿型钒酸铋的连续可控合成。合成方法只需通过调节前驱液的组分含量，无需其它复杂步骤和辅助设备，操作步骤简单，可靠性强，成本极低，具有实现大规模生产的潜力。
2、为了解决上述的技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
3、本专利技术一方面提供一种物相组成可调的钒酸铋电极合成方法，所述方法包括以下步骤：
4、(1)将铋源和钒源加入到溶剂中得到钒酸铋前驱液；所述前驱液中钒源的摩尔浓度为铋源的摩尔浓度的80％～160％；
5、(2)将步骤(1)中制得的前驱液滴加到导电基底上进行涂膜，随后干燥、热解，得到钒酸铋电极。
6、上述技术方案中，进一步地，所述铋源为硝酸铋、醋酸铋、氧化铋、氯化铋或柠檬酸铋铵；所述钒源为乙酰丙酮氧钒、柠檬酸氧钒、草酸氧钒、偏钒酸铵或五氧化二钒；所述溶剂为二甲亚砜、硝酸、乙酰丙酮、盐酸、醋酸、甲醇、乙醇中的一种或多种。
7、上述技术方案中，进一步地，前驱液可以加入其它元素的前驱体实现杂原子的掺杂。除此之外，可以再加入增溶剂和增稠剂，比如但不限于柠檬酸、草酸的加入促进+5价的钒源溶解，pva、peg的加入可以增加前驱液的黏度改善成膜的质量。
8、上述技术方案中，进一步地，所述导电基底为fto、ito、azo或si片。上述技术方案中，进一步地，所述涂膜方法包括旋涂、滴涂、刮涂、喷涂、浸涂、提拉、喷墨印刷、丝网印刷中的一种。
9、上述技术方案中，进一步地，所述热解的升温速率为1～10℃/min，热解温度为300～800℃，热解时间为0.1～10h。
10、上述技术方案中，进一步地，所述热解温度为400～600℃，热解时间为1～3h。
11、本专利技术另一方面提供一种上述合成方法得到的钒酸铋电极，所述钒酸铋电极物相可以从四方相到单斜相调控。
12、本专利技术再一方面提供一种上述的钒酸铋电极在光电催化分解水反应中的应用。
13、上述技术方案中，进一步地，将光阳极和光阴极或光阴极置于电解液中，电解水制备氢气和/或氧气，所述光阳极为上述钒酸铋电极。
14、上述技术方案中，进一步地，所述光阴极为电化学阴极或光电阴极，所述电化学阴极的催化剂选自金属镍、镍钼、铂中的至少一种，所述光电阴极包括硅、氧化亚铜、卤素钙钛矿、铜铟镓硒中的一种。
15、本专利技术的有益效果是：
16、1、本专利技术通过简单的一步热解方法直接在基底上实现钒酸铋薄膜的制备，通过对前驱液中组分的合理调变，实现了物相组成可连续调变钒酸铋电极的制备。本专利技术系首次实现从四方锆石型钒酸铋到单斜白钨矿型钒酸铋的物相组成连续可调钒酸铋电极的高温合成，所合成的钒酸铋电极均具有高结晶度。
17、2、通过制备具有多层不同物相组成的钒酸铋电极，梯度变化的物相组成可以形成梯度变化的能带结构，这种合理调制的能带梯度有利于载流子在体相的分离和传输。进一步的光电催化测试发现，对钒酸铋电极进行物相组成调控并合理逐层组装可以有效促进电极的电荷分离传输从而提高其光电化学转化性能。
18、3、本专利技术保持了溶液成膜热解法的优点，可以同时引入杂质原子进行掺杂和实现异质材料复合结构的构筑，操作上更加简单可控。由于组分的调变是基于溶液涂膜方法，所需的操作设备均为普通制膜设备，制备成本低廉，具有较好的工业应用前景。
19、4、同时该物相可调的钒酸铋电极可作为研究钒酸铋的物相组成与物理化学性质的平台材料，在光电转化和半导体器件等领域具有良好的应用前景。
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1.一种物相组成可调的钒酸铋电极合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述铋源为硝酸铋、醋酸铋、氧化铋、氯化铋或柠檬酸铋铵；所述钒源为乙酰丙酮氧钒、柠檬酸氧钒、草酸氧钒、偏钒酸铵或五氧化二钒；所述溶剂为二甲亚砜、硝酸、乙酰丙酮、盐酸、醋酸、甲醇、乙醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述导电基底为FTO、ITO、AZO或Si片。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述涂膜方法包括旋涂、滴涂、刮涂、喷涂、浸涂、提拉、喷墨印刷、丝网印刷中的一种。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述热解的升温速率为1～10℃/min，热解温度为300～800℃，热解时间在0.1～10h。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述热解温度为400～600℃，热解时间为1～3h。
7.一种权利要求1-6任一项所述合成方法得到的钒酸铋电极，其特征在于，所述钒酸铋电极物相可以从四方相到单斜相调控。
8.一种
9.根据权利要求8所述的应用，将光阳极和光阴极或光阴极置于电解液中，电解水制备氢气和/或氧气，其特征在于，所述光阳极为权利要求7所述钒酸铋电极。
...【技术特征摘要】
1.一种物相组成可调的钒酸铋电极合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述铋源为硝酸铋、醋酸铋、氧化铋、氯化铋或柠檬酸铋铵；所述钒源为乙酰丙酮氧钒、柠檬酸氧钒、草酸氧钒、偏钒酸铵或五氧化二钒；所述溶剂为二甲亚砜、硝酸、乙酰丙酮、盐酸、醋酸、甲醇、乙醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述导电基底为fto、ito、azo或si片。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述涂膜方法包括旋涂、滴涂、刮涂、喷涂、浸涂、提拉、喷墨印刷、丝网印刷中的一种。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：章福祥，杨能聪，祁育，郭向阳，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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