[发明专利]一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。本发明还公开了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，本发明先在导电玻璃表面生长垂直的单斜相三氧化钨纳米片阵列光电极，随后制备钒酸铋纳米颗粒胶体，将单斜相三氧化钨纳米片和钒酸铋纳米颗粒胶体经溶剂热制得钨铋基阵列光电极；本发明的钒酸铋纳米颗粒均匀分散于单斜相三氧化钨纳米片表面，能够有效地加速表面水氧化动力学，从而有效提升光电转化效率，在光电催化氧化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法，属于分散型内建电池阵列技术领域。

背景技术

WO₃禁带宽度使其能够对可见光响应，但较大的带隙仍导致对可见光的利用率有限，理论STH效率约为4.5％。同时，WO₃具有优良的电荷输运特性，其电子迁移率较高(10cm²V^-1s^-1)，电子扩散长度约为500nm，空穴扩散距离约150nm，在载流子传导方面相比其他常见半导体中具有明显优势。因此，非常适合作为载流子传导层，与适当的半导体构建异质结结构形成内建电场促进性能提升。

构建Ⅱ型异质结，能够结合半导体的优点，促使光生载流子在界面上的定向迁移，提高分离效率，是改善半导体电极光电催化性能的一种有效的途径。一般来说，WO₃的导带边能量约为E_CB＝+0.41V_RHE，BiVO₄的导带边约位于E_CB＝+0.02V_RHE，具有相匹配的能带结构，能够允许电子从BiVO₄的导带向WO₃注入。因此，构建WO₃/BiVO₄复合结构，能够综合WO₃和BiVO₄的优点：BiVO₄作为主要的可见光吸收体，WO₃作为电子导体，既能拓宽光响应范围，有利于提高光吸收，又能促进电荷有效分离。

优化BiVO₄层的结构和分布，对于提高WO₃/BiVO₄内建电场具有重要意义。目前WO₃/BiVO₄的结构主要包括以下两种：(1)平面电极叠层结构，可以简易地通过复合两层不同的薄膜得到，但平面电极限制了有效的异质结面积；(2)核壳结构和同轴结构，显著提高了有效异质结面积，但内层半导体产生的空穴只有通过异质结传到表层半导体中，才能发生反应，容易引起内层半导体中发生光生电荷积累。

上面两种异质结结构都不利于实现内建电场的高效性。因此，亟需一种利于实现内建电场高效性，具有更加优异的光电催化性能的用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，该阵列的结构包括两个特征，垂直导电玻璃的单斜相三氧化钨纳米片阵列和表面分散型的钒酸铋纳米颗粒。垂直的阵列极大地利于光电流的传递和电解液的扩散，表面分散型纳米结构具有较大有效异质结面积，同时，能保证两种半导体都能接受光照，参与表面反应，从而有潜力得到具有更优异的光电催化性能的异质结结构。

同时，本发明提供一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，该法制备得到一种可见光光电水氧化电流密度大，过电势低的分散型内建电场钨铋基阵列。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。