[发明专利]一种Bi-BiOI/TNA复合材料及其应用

说明书

本发明公开了一种Bi‑BiOI/TNA复合材料及其应用，以溶剂热法在阳极氧化TNA上沉积BiOI微球，并通过以葡萄糖为还原剂的二次溶剂热法原位还原得到Bi‑BiOI壳‑核结构，以其作为光阳极表现出高的光电化学性能及良好的稳定性，在H型反应器中模拟太阳光下进行PEC海水分解产氢的研究，表现出优于BiOI/TNA及TNA的性能。

技术领域

本发明涉及一种Bi-BiOI/TNA复合材料及其应用，属于复合光阳极材料领域。

背景技术

海水的光电化学(PEC)水解产氢对于能源再生及环境保护具有十分重要的作用。海水作为全球储量最为丰富的水资源，若能实现其作为PEC电解质的作用，可一定程度上缓解由于水资源分布不均造成的纯水电解原料不足的问题。但光电极在含氯海水中的局部腐蚀严重影响其工程强度及使用寿命。因此，开发一种抗海水腐蚀、稳定高效的光阳极材料用于PEC海水产氢是一个值得研究的课题。

目前，TiO₂纳米管阵列(TNA)是应用最为广泛的光阳极材料之一，其具有高比表面积及优良的电子空穴传递特性，高度有序垂直管式结构可有效捕获太阳光，改善光电子寿命，且化学性质稳定。但TNA带隙窄(3.2eV)限制其只能在UV光下响应，且具有光生载流子再复合率较高的缺点，故采用元素掺杂、半导体异质结、染料敏化等手段加以改进。其中TNA为n型，耦合p型窄带隙半导体形成p-n结，可在增强可见光吸收同时，形成内电场促进光电子和空穴分离，抑制其再复合，从而有效提高TNA的活性。BiOI带隙为1.7～1.9eV，对可见光有较好响应，BiOI/TiO₂材料研究较多，表现出良好的PEC降解活性，但BiOI/TNA光电极的研究较少且主要用于PEC降解应用。

但是BiOI较差的导电性及在水溶液中由于释放I^-导致的不稳定性极大的限制BiOI/TNA的稳定性及应用。为提升其导电性常用贵金属沉积的方法，表现出较好效果，但成本较高。此外，海水中存在的Cl^-等阴离子可与I^-发生交换，也会影响BiOI的化学稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种Bi-BiOI/TNA复合材料及其应用，以溶剂热法在阳极氧化TNA上沉积BiOI微球，并通过以葡萄糖为还原剂的二次溶剂热法原位还原得到Bi-BiOI壳-核结构，以其作为光阳极表现出高的光电化学性能及良好的稳定性，在H型反应器中模拟太阳光下进行PEC海水分解产氢的研究，表现出优于BiOI/TNA及TNA的性能。

一种Bi-BiOI/TNA复合材料，为Bi-BiOI形成壳-核结构负载在TiO₂纳米管阵列(TNA)材料上。

一种Bi-BiOI/TNA复合材料，制备方法包括：以溶剂热法在阳极氧化得到的TNA上沉积BiOI微球，并通过以葡萄糖为还原剂的二次溶剂热法原位还原得到Bi-BiOI壳-核结构。

优选地，第一次溶剂热法采用硝酸铋-乙二醇溶液和碘化钾-乙二醇溶液的混合液。

优选地，第二次溶剂热法采用葡萄糖-乙二醇溶液。

一种Bi-BiOI/TNA复合材料，制备方法包括：

S1、TNA的制备

以钛片为阳极，铂片为阴极在电解液中进行第一次阳极氧化，结束后超声去除钛片表面的纳米管阵列，随后进行第二次阳极氧化，结束后用去离子水清洗，用N₂将氧化好的钛片吹干后，放置于马弗炉中在空气氛围下煅烧，即得TNA；

S2、BiOI/TNA的制备

含硝酸铋的乙二醇溶液加入到相同体积的碘化钾-乙二醇溶液中，搅拌成为透明溶液，转移至反应釜中，将步骤S1制得的TNA基片斜靠在反应釜内衬壁上，并部分浸没在透明溶液中，加热反应后取出样品，冲洗后干燥，即得BiOI/TNA；