[发明专利]硫化铜/钒酸铋双层膜复合材料的制备及作为光电阳极的应用

摘要

本发明公开了一种硫化铜/钒酸铋双层膜复合材料的制备方法，是先用电化学沉积法制备出多孔BiVO4光电极，再用简单的滴涂方式将CuS负载于BiVO4电极上，得到CuS/BiVO4双层膜复合材料。由于CuS是一种窄带隙p‑型半导体，禁带宽度几乎接近半导体Si材料，具有较好的可见光吸收性能及导电性；BiVO4是一种具有高可见光响应性、电子结构可调的n‑型半导体，二者复合形成双层CuS/BiVO4薄膜，构成价带和导带相交错的p‑n异质结构，这种结构有助于光生载流子的快速分离，减小电子‑空穴对复合，从而提高了BiVO4的光电化学性能，使其作为光电阳极材料在光催化分解水产氢反应中具有很好的应用前景。

主权项

1.一种CuS/BiVO4复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）电解液的配制：将碘化钾磁力搅拌溶解于蒸馏水中，得到浓度0.06~0.07g/mL的碘化钾溶液，并用硝酸调节溶液pH至1.5~1.6；再将五水硝酸铋加入碘化钾溶液中，剧烈搅拌直至完全溶解，得到橙红色混合溶液；然后将对苯醌的乙醇溶液缓慢滴加入上述橙红色混合溶液中，搅拌10~15min，即得电化学沉积制备BiOI纳米片薄膜的电解液；（2）BiOI薄膜的制备：以铂片作对电极，Ag/AgCl电极作参比电极，FTO导电玻璃作工作电极，以上述制备电解液中进行电沉积；电沉积条件：电位窗口为0V~‑0.13V，扫速为5mV/s，扫描圈数是10圈；电沉积完成后，用二次蒸馏水冲洗，并在60~80℃下干燥，得到BiOI薄膜；（3）BiVO4薄膜的制备：将乙酰丙酮氧钒搅拌溶解至二甲基亚砜中得到乙酰丙酮氧钒溶液；再用微量注射器汲取乙酰丙酮氧钒溶液，均匀滴涂于步骤（2）获得的BiOI薄膜上；然后置于用马弗炉中，在400~450℃下煅烧2~2.5h；待温度降至室温，将粗产品取出，于0.1~1 M NaOH溶液中浸泡30~120min，取出，在60~80℃下干燥，即得黄色BiVO4薄膜；（4）花状CuS的制备：将二水氯化铜溶解在蒸馏水中形成CuCl2·2H2O溶液；将硫脲溶解在无水乙醇中得到硫脲溶液；再将两种溶液混合后剧烈搅拌20~30 min得悬浮液；然后将悬浮液于100~150℃下水热反应10~12 h；反应完成后，自然冷却至室温，得到墨绿色的沉淀物；离心，用二次蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，研磨成粉末，即得花状CuS；（5）CuS/BiVO4薄膜的制备：将花状CuS粉体分散于聚乙烯醇的二次蒸馏水溶液中，超声30~60min，得到CuS与聚乙烯醇的悬浮液；再将悬浮液通过滴涂方式包覆在上述制备的BiVO4薄膜表面，然后在100~150 ℃下煅烧2~2.5 h，自然冷却至室温，即得CuS/BiVO4复合材料。