[发明专利]BiVO4

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及光电催化剂的制备，尤其涉及一种Co_1‑XS与BiVO₄复合光电极(BiVO₄/Co_1‑XS)的制备方法，包括：在四个烧杯分别添加50 mL去离子水并编号1、2、3、4，在1号烧杯中溶解0.05～0.15 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O，在3号烧杯中溶解0.05～0.15 mmol Na₂S；将负载有BiVO₄的FTO片依编号次序在上述烧杯中浸泡，循环10‑50次后取出，去离子水洗净，室温干燥，即可得到BiVO₄/Co_1‑XS。本发明利用电沉积法、煅烧法和SILAR方法合成BiVO₄/Co_1‑XS，Co_1‑XS纳米颗粒复合在BiVO₄表面，有效地提高BiVO₄/Co_1‑XS复合光电催化剂载流子迁移速率，改善电子与空穴复合问题，提高其光电催化性能。本发明制备工艺较为简单，所制备的BiVO₄/Co_1‑XS应用于光电催化分解水制氢具有良好应用前景，在环境、能源等领域也能发挥作用。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及光电催化剂的制备，尤其涉及一种Co_1-XS与BiVO₄复合光电极(BiVO₄/Co_1-XS)的制备方法及其应用。

背景技术

H₂作为理想的能量载体，可用于能量储存、运输和燃料电池等领域。H₂在燃烧过程中提供的能量远高于化石燃料，燃烧后的产物不会对环境造成污染，是可代替化石燃料的重要能源之一，因此探索清洁高效的H₂能源生产模式，对有效促进绿色可持续发展十分必要。太阳能驱动的水分解制氢是一种环境友好的方法，其中光电化学（PEC）分解水是成熟而有前途的技术。然而在PEC系统中，筛选合适的半导体对性能的影响十分重要，BiVO₄在这一领域中一直备受关注。BiVO₄具有合适的带隙（2.4 eV），其导带非常接近H⁺/H₂反应的热力学氧化还原电位，这对于水分解制备H₂来说具有明显优势，并且BiVO₄促进太阳能向氢气的转化效率可达到9.3％。此外，BiVO₄具有性能稳定、毒性低和可见光响应优良等优点。

然而，载流子的传输速度和氧化动力学缓慢、电子-空穴重组效率高等问题极大地限制了BiVO₄的应用。研究者已经尝试了许多方法来解决这些问题，例如元素掺杂、异质结构建、合成氧空位等方式，取得了丰硕的成果。比如，通过Ar-等离子刻蚀技术，BiVO₄薄膜可以产生可控的氧空位，其光电流已达到4.32 mA/cm²，远高于其他纯BiVO₄。这主要归因于表面氧空位的活化有利于电荷的分离和向水氧化反应的转移。除上述方法外，用助催化剂改性也是提高BiVO₄性能的常用方法。过渡金属化合物通常用作析氧反应（OER）催化剂，例如过渡金属硫化物具有低成本、高热稳定性、弱M-S键和无毒等优点，被称为理想的阳极材料。值得注意的是，过渡金属硫化物具有高电导率，这是由于硫的低电负性使其与金属反应形成弹性结构，这对电子的传输十分有利。其中的Co_1-XS是一种具有窄带隙（1.25 eV）的半导体材料，它与BiVO₄的能带结构相匹配，并且具有很强的可见光吸收能力。因此，Co_1-XS和BiVO₄的组合将有效分离光生电子-空穴对，从而提高PEC性能。

迄今为止，未见公开以SILAR方法成功将BiVO₄与Co_1-XS复合，用于光电化学分解水。

发明内容