[发明专利]一种无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜、制备方法及应用，包括以下步骤：将半导体氧化物或金属材料分散在液相媒介中，得到混合液；在超声辅助下，将混合液置于激光束下辐照，得到无配体胶体纳米晶体溶液；将无配体胶体纳米晶体溶液与钒酸铋前驱体溶液混合、制膜、烧结，获得无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜。本发明中，无配体纳米晶体的引入使钒酸铋薄膜的载流子浓度提高，进而促进了载流子体的传输过程，对该薄膜光电流密度进行测试，发现相对于没有复合无配体纳米晶体的钒酸铋薄膜来说，光电流密度从4.01mA cm^‑2提高到5mA cm^‑2左右，光电转化效率从55％提高到80％左右，性能得到了明显改善。

技术领域

本发明涉及光催化和光电催化材料制备技术领域，具体涉及一种无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜、制备方法及应用。

背景技术

钒酸铋(BiVO₄)作为一种很有潜力的半导体氧化物电极材料受到广泛的关注和研究。由于具有廉价、无毒、N型特性、良好的可见光响应以及相对合适的带结构等特点，BiVO₄薄膜常被用作光阳极。但是单纯的BiVO₄光阳极薄膜由于具有很低的载流子迁移率(0.044cm²V^-1s^-1)而存在光生载流子在内部和表面均复合严重的问题，从而导致所得的BiVO₄光阳极薄膜光电流密度远远低于其理论值(7.5mA cm^-2)，使其应用受到了极大的限制。近年来，一系列高导电性的材料，如碳点、黑磷和石墨炔等被用于BiVO₄薄膜表面来促进载流子在表面的传输，但是较差的载流子体传输能力仍然制约着BiVO₄光阳极薄膜的发展和应用。

借鉴高导电性材料对BiVO₄薄膜表面的修饰，将载流子传输能力较强/高导电性的材料引入薄膜内部有望促进载流子的体传输过程，进而提高BiVO₄薄膜的性能。但是考虑到BiVO₄薄膜的结晶过程，如何将载流子传输能力较强/高导电性的材料引入BiVO₄薄膜内部是获得高性能BiVO₄光阳极的难点，这也正是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对BiVO₄载流子体复合严重、传输能力差的问题，提供一种基于液相脉冲激光辐照技术的无配体纳米晶体复合的BiVO₄薄膜的制备方法，即将载流子传输能力较强/高导电性材料的纳米晶体引入BiVO₄薄膜内部，以获得具有高光电化学性能的BiVO₄光阳极薄膜。

本发明的第一个目的是提供一种无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜，包括含有(040)晶面择优取向的钒酸铋薄膜，以及复合在所述钒酸铋薄膜中的无配体纳米晶体，且所述无配体纳米晶体在所述无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜中的摩尔占比为0.1-5％；

其中，所述无配体纳米晶体由半导体氧化物混合液或金属材料混合液经激光束辐照得到；所述半导体氧化物混合液或金属材料混合液由半导体氧化物或金属材料分散在液相媒介中得到。

优选的，所述半导体氧化物为La:BaSnO₃或WO₃；所述金属材料为Au或Ag。

优选的，所述液相媒介为水、乙醇、乙二醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯或乙酸中的一种或多种。

本发明的第二个目的是提供一种无配体纳米晶体复合的钒酸铋薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将半导体氧化物分散在液相媒介中，得到混合液；或者将金属材料分散在液相媒介中，然后置于激光束下辐照，辐照完毕后取出金属材料，得到混合液；

其中，所述混合液的浓度为0.5-30mg/mL；