卤氧化铋多孔薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及卤氧化铋材料，具体涉及一种卤氧化铋多孔薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、卤氧化铋是一种应用广泛的半导体材料，尤其是卤氧化铋薄膜逐渐受到广泛关注和研究。某一维度的尺度远小于另外两维度的尺度的材料被称为薄膜，相较于块体材料，薄膜具有重量轻、用料少、易集成等优点，因此，传统结构致密的单晶/多晶/非晶薄膜在微电子、太阳能电池、oled显示屏等半导体领域发挥着关键作用，但随着新能源等科学技术的不断发展，对薄膜的需求逐渐由传统的致密薄膜转向新型的多孔薄膜，例如，低成本、高效能新能源技术的实现往往依赖于多孔薄膜，如在电催化分解水制氢技术中，多孔薄膜的高比表面积可为载流子驱动的固/液界面反应提供充足的反应活性位点，进而实现高效的电催化制氢；在光催化降解氮氧化物技术中，多孔薄膜的应用极大地增大了气/固接触面积，增强了气体在薄膜表面的吸附，从而能够实现氮氧化物等有害物质的快速降解。

2、目前，卤氧化铋的制备方法主要有水热法、溶剂热法、共沉淀法、旋涂法、气相沉积法和电化学沉积法，这些方法中，通过水热法、溶剂热法、共沉淀法制备出的卤氧化铋是以纳米/微米粉体形式存在，在实际应用中粉体材料存在诸多不足，例如，在运输、装填、排放过程中存在粉尘污染，不利于人工操作；在使用过程中容易出现淤积，堵塞管路；不易从溶液中分离，易造成二次污染等，这些缺点严重局限了卤氧化铋的应用。而通过旋涂法、气相沉积法和电化学沉积法虽然能够制备薄膜，但普遍存在着条件苛刻、工艺繁琐、以及所制备的薄膜的厚度不均匀和性能较差等缺陷，例如，水热法存在着需要高温高压等苛刻环境、成膜面积受限于水热釜的体积等缺陷；旋涂法存在着工序繁琐、成膜厚度分布不均匀等缺陷；电化学沉积法和化学气相沉积法存在着对所用基底的导电性要求高、难以制得厚度均匀的大面积薄膜等缺陷。

3、因此，研发卤氧化铋多孔薄膜的制备工艺，简化工艺流程，提高卤氧化铋多孔薄膜的厚度均匀性等性能，仍然是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种卤氧化铋多孔薄膜及其制备方法和应用，可提高卤氧化铋多孔薄膜的厚度均匀性等性能，且具有制备工艺简单等优点，有效克服现有技术存在的缺陷。

2、本发明的一方面，提供一种卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，包括：将含有铋元素和卤素的薄膜生长液与触发气体接触进行气液相界面反应，在所述薄膜生长液的表面生长成所述卤氧化铋多孔薄膜。

3、可选地，所述触发气体包括碱性气体或酸性气体；优选地，所述碱性气体包括氨气，所述酸性气体包括二氧化碳。

4、可选地，所述薄膜生长液与所述触发气体接触的方式包括如下方式1和方式2中的至少一种：方式1：将所述薄膜生长液与非气相触发物置于同一容器中，通过所述非气相触发物释放所述触发气体，以使所述薄膜生长液与所述触发气体接触；方式2：将所述薄膜生长液置于容器中，并向所述容器中充入所述触发气体，以使所述薄膜生长液与所述触发气体接触。

5、可选地，所述方式1中，所述非气相触发物包括固相触发物和/或液相触发物；优选地，所述触发气体包括氨气，所述非气相触发物包括氨水溶液和/或铵盐；优选地，所述氨水溶液的质量分数为0.01％～40％，所述铵盐包括碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵、硝酸铵中的至少一种。

6、可选地，所述薄膜生长液中，所述卤素的摩尔浓度为0.0001mol/l～10mol/l；和/或，所述薄膜生长液中，所述铋元素的摩尔浓度为0.0001mol/l～1mol/l。

7、可选地，所述薄膜生长液由含铋化合物、含卤素化合物与溶剂混合制成，或者，由含铋和卤素的化合物与溶剂混合制成，其中，所述含铋化合物包括硝酸铋、氢氧化铋、碘化铋、溴化铋、氧化铋、氯化铋、碘酸铋、碘氧化铋、溴氧化铋、氯氧化铋、三氟甲磺酸铋中的至少一种；所述含卤素化合物包括金属卤化物、非金属卤化物中的至少一种，和/或，所述含卤素化合物包括含有一种卤素的单卤化合物和/或含有至少两种卤素的多卤化合物；优选地，所述含卤素化合物包括碘化钠、溴化钠、碘化钾、溴化钾、氯化钠、氯化钾、卤素氢化物中的至少一种；所述含铋和卤素的化合物包括碘化铋、溴化铋、氯化铋、碘酸铋、碘氧化铋、溴氧化铋、氯氧化铋中的至少一种。

8、可选地，所述气液相界面反应在酸性条件下进行；优选地，所述薄膜生长液的ph为0～4；和/或，所述气液相界面反应在容器中进行，所述容器内的压强为1×10-6～1×108pa；和/或，所述薄膜生长液的温度为4～90℃。

9、本发明的另一方面，提供一种卤氧化铋多孔薄膜，由上述卤氧化铋多孔薄膜的制备方法制得。

10、本发明的再一方面，提供一种由上述卤氧化铋多孔薄膜的制备方法制得的卤氧化铋多孔薄膜在光催化、电催化、光电催化或光电材料方面的应用。

11、本发明的再一方面，提供一种钒酸铋光阳极的制备方法，包括：按照上述卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，制得卤氧化铋多孔薄膜；使所述卤氧化铋多孔薄膜与钒源反应，制得钒酸铋光阳极。

12、本发明中，将含有铋和卤素的薄膜生长液与触发气体接触进行气液相界面反应，从而在薄膜生长液表面生长成膜，制成卤氧化铋多孔薄膜，具有制备工艺简单、易操作、成本低等优势，尤其可制备大面积的卤氧化铋多孔薄膜，并可提高卤氧化铋多孔薄膜的厚度均匀性等性能，同时所制得的卤氧化铋多孔薄膜还具有良好的光电催化活性等性能，应用范围广泛，例如可用于光催化、电催化、光电催化、以及光电传感器、太阳能电池等方面。

技术特征：

1.一种卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将含有铋元素和卤素的薄膜生长液与触发气体接触进行气液相界面反应，在所述薄膜生长液的表面生长成所述卤氧化铋多孔薄膜。

2.根据权利要求1所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，所述触发气体包括碱性气体或酸性气体；优选地，所述碱性气体包括氨气，所述酸性气体包括二氧化碳。

3.根据权利要求1或2所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜生长液与所述触发气体接触的方式包括如下方式1和方式2中的至少一种：

4.根据权利要求3所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，所述方式1中，所述非气相触发物包括固相触发物和/或液相触发物；

5.根据权利要求1所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜生长液中，所述卤素的摩尔浓度为0.0001mol/l～10mol/l；和/或，所述薄膜生长液中，所述铋元素的摩尔浓度为0.0001mol/l～1mol/l。

6.根据权利要求1所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜生长液由含铋化合物、含卤素化合物与溶剂混合制成，或者，由含铋和卤素的化合物与溶剂混合制成，其中，

7.根据权利要求1所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，其特征在于，

8.一种卤氧化铋多孔薄膜，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。

9.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的卤氧化铋多孔薄膜在光催化、电催化、光电催化或光电材料方面的应用。

10.一种钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，包括：按照权利要求1-7任一项所述的卤氧化铋多孔薄膜的制备方法，制得卤氧化铋多孔薄膜；使所述卤氧化铋多孔薄膜与钒源反应，制得钒酸铋光阳极。

技术总结
本发明提供一种卤氧化铋多孔薄膜及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将含有铋元素和卤素的薄膜生长液与触发气体接触进行气液相界面反应，在所述薄膜生长液的表面生长成所述卤氧化铋多孔薄膜。本发明可提高卤氧化铋多孔薄膜的厚度均匀性等性能，可用于大面积均匀卤氧化铋多孔薄膜的制备，且具有制备工艺简单、低成本、形貌及厚度可调控等优点。

技术研发人员：高旸钦,赵文悦,史欣灿,代言杰
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13