[发明专利]双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法

摘要

本发明提供了一种双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法，其为在导电玻璃基底表面生长有钴铝双金属氢氧化物与钒酸铋复合物，其中钒酸铋孔隙为50～120nm，粒子尺寸为200～300nm；钴铝双金属氢氧化物生长在钒酸铋颗粒上，厚度为10～100nm。该光电极的制备为采用电沉积前体法先制备多孔钒酸铋电极，再在多孔钒酸铋电极上生长钴铝双金属氢氧化物，该方法操作简单，反应条件温和，采用锌离子作为电沉积添加剂控制钒酸铋电极的尺寸和形貌，较传统的有机模板剂或添加剂更加绿色环保，适用于规模化生产。该光电极可直接用于光电化学水氧化催化反应，由于钴铝双金属氢氧化物的良好催化性能和可见光吸收能力使该光电极的水氧化性能显著提高。

主权项

一种双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极的制备方法：具体步骤如下：A.将铋盐和锌盐加入混合溶剂中配制含有锌和铋的混合盐溶液，其中铋盐和锌盐的摩尔比为Bi:Zn＝1:1～4，铋离子摩尔浓度为5～30mmol/L：所述铋盐为硝酸铋、氯化铋、硫酸铋中的一种；所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种；所述的混合溶剂是乙二醇和去离子水体积比为1～6:1的混合溶液；B.将步骤A的混合盐溶液加入三电极电解池中作为电解液，以导电玻璃为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，铂丝为对电极，采用电化学工作站向工作电极施加‑0.6～0.4V恒定电势，沉积总电荷量为‑7～‑15×10‑2C·cm‑2，将沉积完毕的导电玻璃电极取出，用乙醇清洗，在室温下自然干燥0.5～3小时；所述的导电玻璃是掺杂氟的SnO2导电玻璃，导电玻璃的工作面积为1～50cm2；所述的电解池为单室或双室电解池，电势值均为相对于可逆氢电极的电势；C.配制0.05～0.2mol/L的乙酰丙酮钒的二甲基亚砜溶液，向步骤B中沉积后的导电玻璃电极上滴加100～400μL，然后在马弗炉中400～550℃煅烧2～4小时，待温度降至室温后取出，放入摩尔浓度为0.2～2mol/L的NaOH水溶液中至电极片完全浸没，温和搅拌0.5～3小时，取出电极片后用去离子水冲洗，并于60～80℃下干燥0.5～6小时，得到多孔BiVO4电极；D.用Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、脲、NH4F混合配制成混合盐溶液，其中总金属离子浓度为15～50mmol/L，Co2+与Al3+的摩尔比为2～4:1，脲的浓度为30～80mmol/L，NH4F的浓度为15～50mmol/L，搅拌均匀后，转移至水热釜内胆中，将步骤D中制备的BiVO4电极的导电面向下斜倚在水热釜内胆中，将生长有BiVO4的部分完全浸没于溶液中，在100～200℃下水热反应2～8h，待自然冷却后，取出电极，用去离子水冲洗后在30～60℃烘箱中烘干20～60min，得到钴铝双金属氢氧化物复合BiVO4光电极。