[发明专利]一种钒酸铋光电极的改性方法

说明书

本发明属于光电极领域，具体涉及一种钒酸铋光电极的改性方法，在钒酸铋光电极表面原子层沉积氧化铝后，再将所述氧化铝去除，得到钝化后的钒酸铋光电极即为改性后的钒酸铋光电极。采用上述方案，通过在BiVO₄光电极表面沉积Al₂O₃氧化层，再进一步经过化学溶液处理去除氧化层，获得了表面钝化的BiVO₄薄膜光电极。表面钝化后，光生电子空穴对不再倾向于在表面态处复合，从而起到了抑制载流子复合的作用，因而载流子寿命增加，促进了表面催化反应的进行，提高了光电化学效率。

技术领域

本发明属于光电极领域，具体涉及一种钒酸铋光电极的改性方法。

背景技术

作为一种带隙适中的氧化物半导体，BiVO₄是一种极具潜力的光电催化材料，然而它的潜能目前还未被完全开发，其缓慢的半导体电极/电解液界面反应动力学是其中的一个重要影响因素。针对钒酸铋光电极的表面性质的改善，其中抑制体相复合、电荷传输速率以及载流子在相界面的迁移等因素是需要着重考虑的。作为一种氧化物半导体，与Fe₂O₃等类似，BiVO₄半导体晶格中是存在许多缺陷的，氧空位和晶格无序等是造成表面缺陷的主要原因，目前基于Fe₂O₃表面缺陷的研究及其优化改性已有较为深入和广泛的展开，然而针对BiVO₄表面缺陷的改性研究却相对匮乏。

基于BiVO₄光电极的优化改性研究目前大多集中于掺杂、助催化剂负载及异质结复合等，针对其表面态钝化相关的工作并不多见。例如Liang等人(Liang YQ,MessingerJ.Improving BiVO₄ photoanodes for solar water splitting through surfacepassivation[J].Physical Chemistry Chemical Physics,2014,16(24):12014-12020.)通过电化学负载及后续移除BiVO₄表面的NiO_x深入研究了BiVO₄-H₂O界面过程，NiO_x的部分移除提高了其光电化学性能，在1.23V vs.RHE时450nm处的IPCE达到了43％。该文认为，表面负载的NiO_x具有异质性，有三种存在形式，分别是析氧催化中心、载流子复合中心和表面钝化中心，而经电化学处理后，只留下了部分表面钝化中心于BiVO₄表面，因而BiVO₄表面钝化和光电化学性能的提升非常有限。

Eisenberg等人(Eisenberg D,Ahn HS,Bard AJ.EnhancedPhotoelectrochemical Water Oxidation on Bismuth Vanadate by Electrodepositionof Amorphous Titanium Dioxide[J].Journal of the American Chemical Society,2014,136(40):14011-14014.)在W掺杂的BiVO₄表面电沉积一层非晶TiO₂，光电流效率提升了5.5倍，光电流起始电位提前了500mV。然而非晶TiO₂本身是不具备光响应和光电化学活性的，作者分析认为其起到了抑制表面复合及对表面缺陷的钝化作用，从而提升了光电化学效率。尽管目前已经有部分工作针对钒酸铋光电极的表面钝化展开，但相关研究仍处于初级阶段，仍需进一步深入探索其表面钝化机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒酸铋光电极的改性方法，以提高钒酸铋光电极的光电化学效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种钒酸铋光电极的改性方法，在钒酸铋光电极表面原子层沉积氧化铝后，再将所述氧化铝去除，得到钝化后的钒酸铋光电极即为改性后的钒酸铋光电极。