[发明专利]TiO2/BiVO4纳米阵列光电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体为一种用于光电催化的TiO₂/BiVO₄纳米阵列光电极的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染问题是当前人类面临的主要挑战。为了维持人类长期发展以及减缓环境的进一步恶化，寻找洁净的、可再生的新能源成为关系人类生存和可持续发展的重点。其中，氢能作为一种来源丰富、清洁且可再生的绿色能源，逐渐吸引了人们的注意。在目前的各种制氢方法中，太阳能光解水制氢是利用取之不尽、用之不竭的太阳能为能量来源，以水为原料，通过电解来获得氢气，该过程清洁环保。此外，氢气的燃烧产物是水。因此光解水制氢被认为是最具吸引力的制氢途径。

1972年，Fujishima和Honda发现了光照TiO₂电极可以分解水并制得氢气，此后，光解水制氢的催化剂得到了迅猛的发展。目前报导的光电极材料中，TiO₂以其较高的化学稳定性、无毒性以及来源广泛等特征，成为了光解水催化剂的研究热点。其中，一维TiO₂纳米材料(纳米线、纳米棒、纳米管等)具有较大的长径比，可以作为光电子转移时直接的传输通道，是一种理想的光电极材料。

然而，TiO₂光催化剂存在两个主要的缺陷：一是禁带宽度较宽(锐钛矿：3.2eV，金红石3.0eV)，只能对紫外光响应而不能被可见光激发。二是电子和空穴对的复合速率非常高，直接影响到光催化剂的性能。制备具有合适能带结构的TiO₂基复合结构，可以提高TiO₂的光电水解制氢性能。BiVO₄作为一种新型窄禁带的半导体材料，具有和TiO₂合适的能级结构。因此我们提出一种TiO₂/BiVO₄纳米阵列光电极的制备方法，旨在改善TiO₂的光电催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种TiO₂/BiVO₄纳米阵列光电极的制备方法，能够改善TiO₂的光电催化性能。

本发明提供的TiO₂/BiVO₄纳米阵列光电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：通过溶胶凝胶法制备TiO₂种子层溶胶；

步骤二：采用浸渍提拉法在FTO导电玻璃基底上涂覆TiO₂种子层；

步骤三：经过热处理后，将长有TiO₂种子层的导电玻璃放置在TiO₂生长溶液中经过水热处理，得到TiO₂纳米棒阵列；

步骤四：采用连续离子交换法将BiVO₄纳米粒子沉积到TiO₂纳米棒上，得到TiO₂/BiVO₄纳米阵列光电极。

进一步的，所述步骤一是将乙二醇胺(C₄H₁₁NO₂)和乙醇(C₂H₅OH)混合，并逐滴加入钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)，配置0.2～0.5mol/L的种子层溶胶。

进一步的，所述步骤二是采用浸渍提拉法在FTO导电玻璃完成TiO₂镀膜，在100℃下烘干后，重复上述步骤对FTO导电玻璃进行第二次拉膜，两次拉膜结束后将FTO导电玻璃于放置烘箱中干燥1～4h。

进一步的，所述步骤三是将样品退火处理后放入TiO₂生长溶液中，160℃下水热反应8～12h，60℃条件下干燥，得到TiO₂纳米棒。