[发明专利]一种基于电沉积法制备大面积钒酸铋薄膜的方法

说明书

一种基于电沉积法制备大面积钒酸铋薄膜的方法，属于材料制备技术领域。该方法首先将工作电极导电一侧和对电极面对面摆放并置于电沉积液中，调节工作电极的距离和角度；通过恒电压沉积，在工作电极上沉积出一层钒酸铋的前驱体薄膜；然后在前驱体薄膜上滴加钒源溶液，并将其置于加热装置上进行热扩散和溶剂蒸发，在前驱体薄膜上覆盖薄薄的一层钒源；最后将该薄膜退火，在碱性溶液中清洗后获得大面积的钒酸铋薄膜。本发明制备方法简单，能克服难以通过电沉积‑退火法获得大面积均匀的钒酸铋薄膜的问题。将所得大面积钒酸铋薄膜制成光电极后用于光电催化，有望推动光电催化分解水的实际应用。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种基于电沉积法制备大面积钒酸铋薄膜的方法。

背景技术

钒酸铋是一种环保无毒、易于制备、廉价的材料，可以用做着色剂或者光电催化剂。由于钒酸铋具有合适的能带结构，被认为是非常有效的光阳极之一，通过光电催化用于高效地分解水产氧。目前几乎所有的高效的钒酸铋光阳极的面积都小于1cm²(Catal.,2017,7,7010013)。为了将钒酸铋光阳极进一步推向应用，制备面积大于8×8cm²的大面积钒酸铋光电极具有重要的实际意义。然而，少数几个采用滴涂(Adv.Mater.,2018,1804033；Energy Technol.,2018,6,100-109)、旋涂(Appl.Catal.B:Environ.,2016,190,66-74)和电沉积法(Adv.Energy Mater.,2018,8,1801403)制备得到的大面积钒酸铋薄膜的均匀性都很差，使得大面积钒酸铋光阳极的性能远低于小面积(1cm²)光阳极的性能。

采用电沉积-退火法可以获得高性能的钒酸铋薄膜，通过电沉积法得到钒酸铋的前驱体薄膜后，加钒源退火得到钒酸铋薄膜。但是电沉积所得的前驱体薄膜受沉积电压的影响很大，仅在很小的电压范围内可以获得前驱体薄膜。随着基底面积的增加，基底上的电流密度分布非常不均匀，因而使用电沉积法难以获得大面积均匀的前驱体薄膜。其次，即使得到大面积均匀的前驱体薄膜，将滴加有钒源的前驱体薄膜直接退火后，由于升温过程中钒源会边流动边蒸发，导致薄膜的某些位置没有钒源而有些地方钒源过量。因而难以获得大面积的钒酸铋薄膜，即难以获得大面积的钒酸铋光电极。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电沉积法制备大面积钒酸铋薄膜的方法，使其不仅制备方法简单，而且能克服难以通过电沉积-退火法获得大面积均匀的钒酸铋薄膜的问题；将所得大面积钒酸铋薄膜制成光电极后可以用光电催化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于电沉积法制备大面积钒酸铋薄膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将工作电极导电一侧和对电极面对面摆放并置于电沉积液中，调节工作电极与对电极之间的距离和角度，使对电极和工作电极的底端间距D为1cm，工作电极相对于对电极的倾斜角度θ为14～32°；采用恒电压沉积，在工作电极上沉积出一层钒酸铋的前驱体薄膜；所述恒电压沉积的电压为-0.23～-0.27V，时间为100～1000s；

2)将0.4～0.8M乙酰丙酮氧化钒溶于二甲基亚砜溶剂中作为钒源溶液；

3)在前驱体薄膜上滴加钒源溶液，并将架空在玻璃培养皿上方，随后将其置于加热装置上进行热扩散和溶剂蒸发，加热温度为100～180℃，加热时间为7～20min；

4)去除多余的溶液后，将该工作电极直接放在加热装置上，进一步蒸发和干燥；将该薄膜在马弗炉中400～500℃退火，在0.1～1M氢氧化钠溶液中清洗，即获得大面积的钒酸铋薄膜。

优选地，步骤1)中所述对电极的尺寸大于等于工作电极的尺寸。