[发明专利]一种用于光电化学分解水的ZnO/BiVO4异质结光阳极复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于光电化学分解水的ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料的制备方法，具体过程为：将KI溶液用稀HNO₃调节pH=1.7，再加入Bi(NO₃)₃·5H₂O搅拌均匀，然后加入对苯醌乙醇溶液并剧烈搅拌，得到的电镀液用于恒电压沉积BiOI；将乙酰丙酮钒的二甲基亚砜溶液滴于BiOI表面，再转移至马弗炉中以2℃/min的升温速率升温至450℃煅烧2h，用NaOH溶液浸泡30min得到BiVO₄光电极材料备用；将BiVO₄光电极材料置于含有Zn(NO₃)₂·6H₂O和六亚甲基四胺溶液的聚四氟乙烯高压反应釜中，于90℃水热反应6h得到ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料。本发明制得的ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料兼具很好的电子迁移率和优异的光催化性能，能够快速的实现光生电子‑空穴对的分离和传输，具有良好的光电化学水氧化性能。

技术领域

本发明属于复合光电催化材料的合成技术领域，具体涉及一种用于光电化学分解水的ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料的制备方法。

背景技术

光电化学分解水作为实现将太阳能转化为氢能的一种技术，在将太阳能转变为氢能加以储存方面具有很大的应用前景。单斜白钨矿BiVO₄作为一种n型金属氧化物半导体材料，具有较窄的带隙（2.4eV）用于可见光吸收，稳定性高，而且还具有有效的水氧化能带位置。然而实验所得BiVO₄的光电流密度远低于其理论值（7.5mA/cm²），光电催化性能不高，这可能是由于以下几方面的原因：（1）光生电子-空穴对的复合；（2）电子迁移率低；（3）缓慢的水氧化空穴转移动力学等。

ZnO是一种新型的半导体材料，具有良好的压电效应和极高的本征电子迁移率，可以促进电荷的注入和传输。BiVO₄和ZnO的平带电位都在很宽的范围内（BiVO₄约为-0.1～0.3V相对于标准可逆氢电极；ZnO约为0.29～0.8V相对于标准可逆氢电极），表明从BiVO₄到ZnO通过异质结在原位分离出电子和空穴实现电子转移是有可能的。不仅如此，纳米棒阵列形式的ZnO由于其内部电场而改善了电子传输。ZnO/BiVO₄异质结构具有改善水氧化性能的潜力，因为它诱导电荷快速分离，防止光生电子-空穴对的复合，并且具有比BiVO₄更大的表面积。本发明采用恒电压沉积的方法在FTO上合成BiOI，并在BiOI上滴加一定量的钒源转变为BiVO4，随后通过简单的水热法在BiVO₄的表面成功负载上ZnO纳米棒阵列。ZnO纳米棒阵列均匀的分布在BiVO₄的表面，这样既可以提高光生电子迁移率，又不影响BiVO₄对可见光的吸收及其光电催化性能的发挥。

此外，利用该异质结光阳极用于光电化学光阳极测试过程中，ZnO/BiVO₄与纯BiVO₄相比，光电化学性能得到较大程度的提升。目前虽然有一些关于ZnO/BiVO₄复合材料制备的相关报道，但尚未见关于ZnO纳米棒阵列负载在BiVO₄上面形成异质结光阳极复合材料用于光电化学分解水的相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种用于光电化学分解水的ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料的制备方法，该方法制得的ZnO/BiVO₄异质结光阳极复合材料中ZnO纳米棒阵列均匀的生长在BiVO₄表面，有效提高了光生电子迁移率，最终实现提升其光电化学分解水性能的目的。