[发明专利]一种具有[010]优势生长取向的、类单晶钒酸铋纳米棒阵列的制备方法

说明书

一种具有[010]优势生长取向的、类单晶钒酸铋纳米棒阵列的制备方法，涉及光阳极材料领域，尤其涉及一种钒酸铋纳米棒阵列的制备方法。是要解决现有方法制备的BiVO₄薄膜的光电流密度低的问题。方法：一、制备ZnO种子层溶液；二、在FTO导电基底上制备具有[001]取向的ZnO种子层；三、制备BiVO₄阵列；四、煅烧。本方法制备的纳米棒阵列具有[010]优势生长方向，垂直于导电基底的结构，可以提高光生载流子的传输效率，避免光生载流子在传输路径上的晶界势垒，可提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高BiVO₄的光电流密度。本发明用于制备钒酸铋纳米棒阵列。

技术领域

本发明涉及光阳极材料领域，尤其涉及一种钒酸铋纳米棒阵列的制备方法。

背景技术

如何开发和利用太阳能是当今研究的热点，利用光电化学分解水技术制备可再生能源氢气已引起科学家们的极大兴趣。作为半导体家族的重要一员，钒酸铋(BiVO₄)是一种环境友好、无毒、价格低廉的n型半导体，并在光解水制氢，有机物的降解、染料敏化太阳电池等领域有重要的应用。由于BiVO₄具有合适的带隙宽度(～2.4eV)，能够吸收可见光，因此是光解水制氢技术的理想材料，然而遗憾的是BiVO₄较低的电荷载流子传输速率，较短的光生空穴扩散距离限制了其光电化学性质的进一步提高，因此设计和控制合成具有独特结构的BiVO₄薄膜是非常有必要的。

为了获得具有高光电流密度的BiVO₄光阳极，研究者们不断地改进BiVO₄薄膜的制备方案，例如利用两步法，即在已制备的金属氧化物薄膜的基础上采用金属有机钒分解法制备BiVO₄薄膜，或者在高真空、高温情况下，利用脉冲激光法直接沉积生产BiVO₄薄膜。然而上述这些方法不仅制备工艺复杂，实验条件苛刻，而且制备的BiVO₄薄膜或者由纳米颗粒组装而成(颗粒易形成势垒)，不利于光生载流子的传输，或者由大块的晶体形成(暴露的活性面较小)，不利于光电反应中固液两相的充分接触，从而限制了光电活性的提高。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的BiVO₄薄膜的光电流密度低的问题，提供一种具有[010]优势生长取向的、类单晶钒酸铋纳米棒阵列的制备方法。

本发明具有[010]优势生长取向的、类单晶钒酸铋纳米棒阵列的制备方法，包括以下步骤：

一、制备浓度为0.1-0.5mol/L的醋酸锌-乙醇溶液，即ZnO种子层溶液；

二、在FTO导电基底上制备具有[001]取向的ZnO种子层：

将醋酸锌-乙醇溶液均匀的涂敷在清洗后的FTO玻璃上，共涂覆3-5次，然后于80-85℃下烘干，置马弗炉内，于空气气氛下，280-350℃锻烧30-60分钟，得到具有[001]取向的ZnO种子层的FTO玻璃；

三、BiVO₄阵列制备：

将备有ZnO种子层的FTO玻璃浸入到反应液中，于50-90℃条件下，反应2-4小时，然后将FTO玻璃用去离子水反复冲洗，自然干燥；

所述反应液由铋源溶液和钒源溶液组成，铋源溶液的浓度为0.001-0.005mol/L，钒源溶液的浓度为0.001-0.005mol/L，铋源溶液和钒源溶液的体积比为(0.5-5)：1；

四、煅烧

将步骤三干燥后的FTO玻璃置于管式炉中，通入气体进行烧结，即在FTO玻璃表面得到具有[010]优势生长取向的、类单晶钒酸铋纳米棒阵列。

本发明的有益效果：