[发明专利]一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO4

说明书

一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄光电极及其制备方法，属于纳米功能材料领域。步骤：1)在溶解有碘化钾、硝酸铋的水溶液中加入对苯醌、乙醇充分搅拌；2)以上述溶液为电解液，电沉积5～15min，可在导电衬底上沉积得到铋氧碘(BiOI)薄膜；3)再将乙酰丙酮氧钒溶于二甲基亚砜中，加入适量的钴源、镧源搅拌混合均匀；4)移取上述混合有钒源、钴源和镧源的二甲基亚砜溶液均匀涂覆于铋氧碘(BiOI)薄膜上；5)转移至马弗炉中以400‑550℃温度煅烧1～2h；6)取出样品并将其浸泡于氢氧化钠溶液中30‑60min，清洗、干燥，得到钴镧共掺钒酸铋(Co/La‑BiVO₄)纳米多孔电极。优点：钴镧元素共掺能有效增强BiVO₄薄膜的可见光响应，得到了更佳的光电化学制氢性能。

技术领域

本发明涉及纳米功能材料领域，特别涉及一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄光电极及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新兴的可再生能源，已经成为人们目前解决能源短缺和环境污染等问题的首选替代能源之一，但是如何高效地利用太阳能，成为了目前研究的重点和难点。光电化学水分解(PEC)制氢则是太阳能有效利用的最佳策略之一，可以有效地降低能耗，并降低副产物和二次污染的可能。

钒酸铋BiVO₄是一种半导体材料，其禁带宽度约为2.4e V，具有较强的可见光吸收能力，其理论上最大光电流可达7.5mAcm^-2，太阳能—氢能(STH)的转换效率约为9.2％。BiVO₄独特的光学和电学性质使其在光催化有机物的降解、有机合成、光解水和光电分解水等领域具有极其广阔的应用前景。然而，BiVO₄光催化材料由于自身存在的一些问题，导致其实际的光电转换效率仍远远低于其理论值，从而限制了其实际应用，存在以下几个问题：(1)BiVO₄材料中的电荷迁移，特别是电子迁移速率很慢，导致产生的电荷载流子在到达材料表面之间，已经有大约60％-80％发生复合；(2)相比于亚硫酸盐的氧化反应，该反应的释放氧动力学速率非常缓慢。

针对BiVO₄光阳极的光催化水氧化活性差，光生电子-空穴易复合，同时在光阳极内部及界面产生的空穴积累经常导致光催化剂光腐蚀现象，提出钴镧共掺杂改善BiVO₄光阳极的光谱响应范围，调节其能带结构，增强材料的可见光响应光电化学活性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄光电极及其制备方法，解决钒酸铋BiVO₄应用在光电催化分解水方面存在的光生电子空穴对易重组、水氧化动力学缓慢的问题；用于优化钒酸铋BiVO₄的性能，并使其利用太阳能光电催化分解水。

技术方案：为实现上述目的，本发明为钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄光电极及其制备方法:

钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄光电极是钴、镧元素通过湿化学/煅烧法两步掺杂到BiVO₄晶格中，且钴、镧元素的摩尔比为2:1至5:2；为钴镧共掺杂可见光响应BiVO₄纳米多孔膜光阳电极薄膜。

钴镧共掺杂钒酸铋Co/La-BiVO₄光电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、配制碘化钾KI、五水合硝酸铋Bi(NO₃)₃·5H₂O、硝酸HNO₃的混合水溶液，将对苯醌-乙醇溶液逐滴加入，充分搅拌，配制成前驱体溶液一；

步骤2、以前驱体溶液一为电解液，采用三电极体系，以氟掺杂二氧化锡(FTO)透明导电玻璃为工作电极，铂Pt片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在相对参比电极电位下进行电沉积，制得前驱体铋氧碘BiOI薄膜电极；