[发明专利]一种Cu-MOF/BiVO4

说明书

本发明属于纳米复合材料合成技术领域，涉及复合电极的制备，尤其涉及一种Cu‑MOF/BiVO₄复合光电极的制备方法和应用。本发明首先采用电化学沉积和煅烧法在FTO基底上制备出蠕虫状结构的BiVO₄，然后再通过电化学沉积法在BiVO₄表面上可控负载一层Cu₂O，最后借助水热合成法将Cu₂O与有机配体反应，原位在BiVO₄表面引入超薄Cu‑MOF薄膜。还可将其作为工作电极应用于光电化学分解水反应。本发明通过简单可行的方法在蠕虫状结构的BiVO₄表面负载超薄Cu‑MOF，可有效提高光电极的电子和空穴的分离效率，并增强其对可见光的捕获能力，最终实现一类可将太阳能‑化学能高效转换的新型复合光电极的构建，具有优秀的光电化学性能和良好的化学稳定性；本发明工艺简单，重复性好，符合环境友好要求。

技术领域

本发明属于纳米复合材料合成技术领域，涉及复合电极的制备，尤其涉及一种Cu-MOF/BiVO₄复合光电极的制备方法和应用。

背景技术

随着世界环境污染和能源危机的日益加重，寻找和发展可持续性的清洁能源显得刻不容缓，因此绿色能源的开发与利用已成为目前人类所面临的最重要的挑战之一。光电化学 (PEC)分解水制氢是作为一种极具潜力的制氢技术，该技术能够实现太阳能到化学能量的转换，并且氢具有的燃烧无污染和热值高的优势使氢能在未来有广阔的应用前景。半导体材料的光响应能力、光生电荷的转移、带隙结构和稳定性都能够直接影响PEC分解水的性能，因此设计和构建半导体材料是提高PEC制氢效率最直接有效的途径之一。

BiVO₄作为是已知最早的太阳能制氢半导体之一，但是，由于BiVO₄的禁带宽度较宽(约2.4eV)，内部的光生电子和空穴容易发生复合，并且只能对紫外光(大约只占太阳光的5％)产生响应能力，极大地限制了BiVO₄在太阳能分解水方面的应用。

金属有机框架(MOFs)在PEC分解水制氢领域已经被广泛研究，有机配体和金属离子通过配位键可以形成不同的框架结构，由于具有的较大的表面积和独特的孔隙结构，从而表现出不同的化学性能。MOFs在现代催化方面呈现出巨大的发展潜力和广阔的发展前景，并且在PEC领域被认为是提高催化活性最具潜力的材料之一。

Cu-MOF作为一种典型的MOFs材料，由于较大的表面积和独特的孔隙结构，Cu- MOF较大的表面积能够使其表面暴露更多的活性位点，从而提高催化性能；而丰富的孔隙能够为电荷的传输提供高效的快速通道，从而促进电子和空穴的有效分离；而超薄的结构能够也有利于电荷的传输。此外，Cu离子和有机配体通过配位键所形成的独特结构具有良好的稳定性，可以解决PEC分解水制氢的过程中，Cu-MOF材料因受到光腐蚀而影响催化活性的问题，因此可以保持稳定和可持续的产氢效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种简单的Cu-MOF/BiVO₄复合光电极的制备方法。

本发明首先采用电化学沉积和煅烧法在FTO基底上制备出蠕虫状结构的BiVO₄，然后再通过电化学沉积法在BiVO₄表面上可控负载一层Cu₂O，最后借助水热合成法将Cu₂O与有机配体反应，原位在BiVO₄表面引入超薄Cu-MOF薄膜。

一种Cu-MOF/BiVO₄复合光电极的制备方法，包括如下步骤：

A、将KI溶液与Bi(NO₃)₃溶液混合，用浓硝酸调节pH为1～2为A液，以对苯醌的乙醇溶液为B液，二者混合均匀成混合液，其中所述KI、Bi(NO₃)₃与对苯醌的物质的量浓度之比为100：10：15～30，优选100：10：23，A液与B液的体积比为5：1～3，优选5： 2；