[发明专利]一种新型三元WO3

说明书

本发明涉及一种新型三元WO3/BiVO4/NiOOH复合光阳极的三步合成法。包括：使用偏钨酸铵等物质配置W前驱体溶液，将该溶液滴涂在FTO上，干燥后退火得到WO₃光阳极；使用五水硝酸铋等物质配置Bi前驱体溶液，将该溶液作为电解液，WO₃光阳极作为工作电极，进行电沉积得到WO₃/BiOI光阳极，使用乙酰丙酮氧钒等物质配置V前驱体溶液，将上述溶液滴涂在WO₃/BiOI上，退火得到WO₃/BiVO₄光阳极；使用硫酸镍等物质配置Ni前驱体溶液，将该溶液作为电解液，WO₃/BiVO₄光阳极作为工作电极，在光照下进行电沉积得到WO₃/BiVO₄/NiOOH复合光阳极。

技术领域

本发明涉及光电化学技术领域，尤其涉及一种WO₃/BiVO₄/NiOOH复合光阳极的三步合成法。

背景技术

能源是人类生存与发展的基础，光电化学(PEC)分解水制氢是一种将太阳能转化为清洁能源的可再生方式。多种金属氧化物半导体材料已被广泛用于PEC分解水。然而多数半导体的带隙较宽，光吸收能力较差。半导体内的电荷传输缓慢，体相内的光生载流子容易发生复合。研究表明，将能级匹配的半导体耦合来构建异质结是一种提高体电荷传输性能的有效方法。此外，缓慢的水氧化动力学也是PEC分解水的瓶颈。担载具有优异电催化能力的水氧化助催化剂可以加快电极/电解液界面的水氧化反应，并抑制光阳极表面的电荷复合。综上所述，研发一种兼具广泛的光吸收范围，快速的体相电荷传输和表面水氧化动力学的复合光阳极将大幅提升PEC分解水的性能。

发明内容

本发明的目的是针对当前PEC分解水领域存在的上述问题，提供一种新型三元WO₃/BiVO₄/NiOOH复合光阳极的三步合成法。BiVO₄作为一种窄带隙半导体，可以利用更广泛的太阳光谱并产生更多的光生载流子。WO₃作为一种体电荷传输快速的半导体，可以与BiVO₄形成能级匹配的异质结，促进复合光阳极的体电荷分离与传输。NiOOH作为水氧化助催化剂，可以加速水氧化动力学。WO₃/BiVO₄异质结与NiOOH助催化剂的协同作用可以有效增强复合光阳极整体的PEC分解水性能。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种WO₃/BiVO₄/NiOOH复合光阳极的三步合成法，所述的合成方法包括如下步骤：

(1)通过溶胶-凝胶法制备WO₃光阳极：将硝酸，偏钨酸铵和无水柠檬酸溶解在乙二醇中，超声混合制备W前驱体溶液。将W前驱体溶液滴涂在FTO基底的导电面，干燥后退火得到WO₃光阳极。

(2)通过电沉积-溶液滴铸法制备WO₃/BiVO₄复合光阳极：将五水硝酸铋溶解在碘化钾溶液中，搅拌混合。将五水硝酸铋的碘化钾溶液与含有对苯醌的无水乙醇溶液搅拌混合成Bi前驱体溶液。将WO₃光阳极置于典型的三电极系统内，Bi前驱体溶液作为电解液，进行电沉积得到WO₃/BiOI光阳极。将WO₃/BiOI光阳极从电解液中取出，用去离子水反复洗涤，干燥。将含有乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液滴涂到WO₃/BiOI光阳极表面，退火。冷却至室温后将上述光阳极浸泡在氢氧化钾溶液中，之后用去离子水反复洗涤，干燥后得到WO₃/BiVO₄光阳极。