[发明专利]一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法

说明书

本发明属于光电催化技术领域，涉及光阳极的制备，尤其涉及一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法。本发明以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。通过调节前驱体中磷酸的加入量，最终得到具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。所制得的磷掺杂钒酸铋光阳极具有与FTO基底结合牢固，较高的光电流响应等特点。本发明利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光电子能谱仪、760型电化学工作站等仪器对产物进行结构与性质分析，结果发现5 P‑BiVO4在1.23 V vs RHE下的光电流密度最高可达0.28 mA·cm‑2。

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，涉及光阳极的制备，尤其涉及一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法。

背景技术

钒酸铋（BiVO4）是近年来研究较多的光电催化半导体材料，目前制备BiVO4光阳极的方法主要有水热合成法、直接沉淀法、化学气相沉积法等。然而这些方法在实际应用时存在某些问题，例如水热合成法需要高温高压，反应条件不利于大规模生产；直接沉淀法制备的钒酸铋与基底结合不牢固；化学气相沉积法对设备要求高等缺点。

钒酸铋由于自身结构特点导致其光电化学效率较低,考虑到调节掺杂原子的种类和浓度可以调控半导体的带隙、带边位置或在半导体内部形成缺陷位，从而改变光电化学性质。因此，选择合适的掺杂剂及其浓度对于增强光电极的整体性能非常重要。为了得到制备方法简单、便于大规模生产钒酸铋光阳极而提出了本发明。利用浸渍提拉方法在FTO上形成前驱体溶胶薄膜，经煅烧处理后得到了具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是制备一种方法简单、成本低、便于大规模生产、与基底结合牢固且具有较高光电流响应的磷掺杂钒酸铋光阳极。

技术方案：一种磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，以硝酸铋和偏钒酸铵为原料，用柠檬酸作螯合剂，以磷酸作为磷源，在硝酸溶液中溶解得到前驱体溶液，经陈化形成溶胶；然后利用浸渍提拉法在FTO上涂覆前驱体溶胶，煅烧后制备成磷掺杂钒酸铋光阳极。

本发明所述磷掺杂钒酸铋光阳极的制备方法，包括如下步骤：

A、将五水硝酸铋（BiVO4•5H2O）、偏钒酸铵（NH4VO3）和柠檬酸溶于硝酸溶液中，搅拌得到澄清溶液，其中所述五水硝酸铋、偏钒酸铵、柠檬酸和硝酸溶液的摩尔体积比为1 mmol:1mmol:2 mmol:3 mL，所述硝酸溶液的质量浓度为23.3%；

B、按照每15 mL澄清溶液中分别加入0 μL、1.5 μL、5μL、10 μL 85%磷酸搅拌均匀，陈化6～36 h得到不同浓度磷掺杂钒酸铋前驱体溶胶，优选陈化24 h；

C、利用恒温型浸渍提拉镀膜机将钒酸铋前驱体溶液涂覆在经预处理的FTO表面，提拉温度20～60℃，浸渍时间30～120 s，提拉速度500～2000 μm/s，停留时间100～600 s,提拉次数1～5次；优选提拉温度40℃, 提拉速度1500 μm/s，浸渍时间60 s，停留时间300 s，提拉次数3次；

D、将上述涂覆前驱体溶胶的FTO产品置于瓷舟中在马弗炉中煅烧，升温速率2℃/min,保持温度300～500℃，煅烧时间2～5 h，然后自然降温后即得；其中优选温度450℃，煅烧时间4 h。

本发明较优公开例中，所述经预处理的FTO是将FTO片在丙酮、乙醇、蒸馏水中分别超声处理若干时间。