[发明专利]一种半导体复合光阳极、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种二元半导体复合光阳极、自组装形成的三元半导体复合光阳极、制备方法、及在光生阴极保护方面的应用。所述二元半导体复合光阳极为WO₃/BiVO₄，首先在FTO制备WO₃种子层，其次制备WO₃纳米板，然后制备BiVO₄纳米颗粒得到二元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄；同时，所述的二元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄与电解液中的Na₂S反应，原位生长Bi₂S₃，自组装得到三元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄/Bi₂S₃。相比纯WO₃样品，本发明所述复合光阳极增强了对可见光的捕获能力，提高了光电流密度、电子空穴转移率、光电性能；对304SS具有更优异的光生阴极保护效果以及稳定性。

技术领域

本发明属于光电化学领域，具体涉及一种二元半导体复合光阳极、自组装形成的三元半导体复合光阳极、制备方法、及在光生阴极保护方面的应用。

背景技术

众所周知，腐蚀在世界各地造成了大量损失，现有的防腐蚀方法既耗能又耗材，因此，迫切的需要一种节能环保型防腐蚀技术。光生阴极保护技术是一种新型的阴极保护技术，是近年来腐蚀防护领域的研究热点。利用光生电子对被保护金属进行阴极保护时，一是要选取能够被光激发产生光电子的半导体材料，二是光生电子的电势要比被保护金属的自腐蚀电位更负，从而满足光生电子自发向被保护金属转移并将被保护金属阴极极化的要求。因此，如何获得性能优异的半导体光电极是该领域的一个重要研究课题。自1995年Tsujikawa采用溶胶-凝胶法制备TiO₂涂层为Cu基底在光照条件下提供阴极保护之后，越来越多的光阳极半导体材料如WO₃、Fe₂O₃、ZnO等被用来研究对金属的光生阴极保护效果。

WO₃带隙相对较窄(2.6-2.7eV)，因其具有原料丰富、成本低廉、无毒稳定、耐光腐蚀、电子储存能力良好和合适的载流子扩散长度等优点被广泛应用，特别是良好的电子储存能力，有利于304SS在黑暗条件的光生阴极保护，然而它也存在光响应范围有限、载流子复合率高等问题。

发明人意外发现，用钒酸铋改性三氧化钨制备的二元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄增强了对可见光的捕获能力，提高了光电流密度、电子空穴转移率、光电性能，对304SS具有优异的光生阴极保护效果；且制备的二元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄与电解液中的Na₂S发生反应，原位生长Bi₂S₃，自组装得到了三元半导体复合光阳极WO₃/BiVO₄/Bi₂S₃，对304SS具有更优异的光生阴极保护效果以及稳定性。

发明内容

本发明提供了一种二元半导体复合光阳极、自组装形成的三元半导体复合光阳极、制备方法、及在光生阴极保护方面的应用，旨在解决上述背景技术中现有单一WO₃半导体材料光响应范围有限、载流子复合率高等问题。具体包括以下内容：

第一方面，本发明提供了一种二元半导体复合光阳极，所述二元半导体复合光阳极的化学式为WO₃/BiVO₄。

第二方面，本发明提供了一种上述第一方面所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将WO₃种子层涂覆在预处理的FTO上，烘干、退火后，得样品基片一；