[发明专利]一种以溶剂热法生成中间体制备BiVO4

说明书

本发明公开了一种以溶剂热法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中间体制备BiVO₄薄膜的方法，属于材料制备及光电催化技术领域。本发明将硝酸铋和卤素钾盐分别溶解于乙二醇溶液中，然后将两者混合搅拌形成混合液，放入洗净的FTO片进行水热反应，得到中间体BiOX薄膜；再在BiOX薄膜表面滴涂乙酰丙酮氧钒DMSO溶液，经煅烧，NaOH浸泡去除表面多余的氧化钒，冲洗，烘干，得到BiVO₄薄膜。本发明制备的BiVO₄薄膜材料具有良好的半导体光电特性，可应用于光电催化分解水产氢领域。

技术领域

本发明属于材料制备及光电催化技术领域。具体涉及一种以溶剂热法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中间体制备BiVO₄薄膜的方法及其在光电催化分解水产氢中的应用。

背景技术

人类对于化石燃料的长时间使用，对环境造成的不利影响有目共睹。面对能源危机和环境问题这两大世界级难题，寻找环境友好、来源丰富的可再生能源刻不容缓。太阳能作为众所周知的环境友好型能源，是取之不尽、用之不竭的可再生资源。如何将太阳能有效的转化为氢能是当下研究的热点之一，在不同的太阳能制氢方式中，半导体光电催化分解水制氢具有广阔的应用前景。

然而，大多数的半导体材料仍存在对可见光利用率低，光生电子-空穴对复合率高以及稳定性差等问题，难以满足实际需求。BiVO₄具有合适的带隙宽度（E_g=2.4 eV），可以有效吸收太阳光，同时其具有良好的导带位置，因此，BiVO₄被认为是一种极具发展潜力的光阳极材料。但是，通过简单可控的方式制备均匀的BiVO₄光电极薄膜仍然是一个值得深入探究的课题。

本发明中通过溶剂热合成中间体BiOX（X=Cl，Br，I）来制备BiVO₄光电极薄膜，其合成技术简单、易于操作、对环境友好，所得BiVO₄薄膜在光电催化分解水中表现出良好催化活性，具有一定的潜在应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以溶剂热法生成BiOX（X=Cl，Br，I）中间体来制备BiVO₄光阳极膜的方法，其先通过溶剂热法形成BiOX（X=Cl，Br，I）中间体，再经后续钒酸化形成BiVO₄光阳极薄膜。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以溶剂热法生成中间体制备BiVO₄薄膜的方法，其包括以下步骤：

1）将五水合硝酸铋和卤素钾盐KX（X=Cl，Br，I）分别溶解于乙二醇中，得到浓度为0.05~0.3mol/L的硝酸铋乙二醇溶液及浓度为0.05~0.3mol/L的KX乙二醇溶液；然后将KX乙二醇溶液加入至硝酸铋乙二醇溶液中，持续磁力搅拌形成均匀混合液，其中，Bi与卤素X（X=Cl，Br，I）的原子比为1:1；

2）将洗净的FTO导电玻璃片放于反应釜中，加入步骤1）所得混合液，置于烘箱中在80~180 ℃下反应3~24h；反应结束后，分别用去离子水和乙醇冲洗并烘干，得到中间体BiOX（X=Cl，Br，I）薄膜；

3）将乙酰丙酮氧钒溶于二甲亚砜（DMSO）中，得到浓度为0.1~0.4mol/L的乙酰丙酮氧钒DMSO溶液；

4）将乙酰丙酮氧钒DMSO溶液按50 μL/cm²的量滴涂在步骤2）所得BiOX（X=Cl，Br，I）薄膜上，烘干，马弗炉中400~500℃煅烧1-5h，再于1mol/L NaOH溶液中浸泡以去除表面多余的氧化钒，最后经去离子水冲洗、烘干，即得到金黄色的BiVO₄薄膜。

所得BiVO₄薄膜可作为光阳极，应用于光电催化分解水产氢。