一种Bi2MoO6/CuO光电极薄膜及其制备方法和在光电化学水分解中的应用

一种bi2moo6/cuo光电极薄膜及其制备方法和在光电化学水分解中的应用
技术领域
1.本发明属于光电化学技术领域，提出了一种新的光电极材料bi2moo6/cuo的制备方法及其在光电化学水分解中应用。


背景技术：

2.化石燃料储量有限，环境问题日益突出，解决环境污染和能源短缺的光电化学电池已成为人们关注的焦点。光电化学分解水制氢将太阳能转换成可储存的化学能，是21世纪解决环境和能源问题的主要手段。
3.bi2moo6是一种典型的铋系n型半导体，其带隙在2.6ev左右。作为一类最简单的aurivillius型结构材料，其在太阳能转换及环境污染治理方面表现出优异的可见光催化活性。目前，关于bi2moo6在pec中的应用的报道中关于bi2moo6/cuo异质结还尚未有相关报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出bi2moo6/cuo光电极薄膜的制备方法。该方法具有制备方法简单、操作方便，实验条件易控制等优点。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，所述bi2moo6/cuo光电极薄膜的制备方法包括如下步骤：
6.1)将钼酸盐和铋盐分别溶于去离子水中后混合，用酸性溶液调节所得混合溶液的ph，并加入聚乙二醇，搅拌后，水浴加热，烘干，高温煅烧，得bi2moo6粉末；将适量的bi2moo6粉末分散于含i2的丙酮中，超声震荡，得电泳沉积悬浮液；
7.2)将两个面积相等的透明导电玻璃fto作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入步骤1)获得的电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加一定的直流电压，设定沉积时间，切断电流，将两电极从电泳沉积悬浮液中取出，在室温下晾干，得bi2moo6光电极薄膜；
8.3)将步骤2)所得bi2moo6光电极薄膜于cuo乙醇溶液中浸渍处理，煅烧后得bi2moo6/cuo光电极薄膜。
9.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸铵。
10.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，所述铋盐为硝酸铋。
11.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，按元素摩尔比，钼:铋＝1:2。
12.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，所述酸性溶液为硝酸，调节混合溶液的ph低于7。
13.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，所述水浴加热是，水浴温度为70-90℃，加热时间为2-3h；所述烘干，烘干温度为100-120℃。
14.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤1)中，所述高温煅烧是，500-800℃下煅烧4-6h。
15.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤2)中，所述直流电压为25v，沉积时间为1-5min。
16.优选地，上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜，步骤3)中，浸渍时间1-3min，浸渍次数1-10次。
17.上述的一种bi2moo6/cuo光电极薄膜在光电化学水分解中应用。
18.本发明的有益效果是：
19.1.本发明提供的bi2moo6/cuo光电极薄膜更容易使光生电子-空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能。
20.2.本发明提供的bi2moo6/cuo光电极薄膜在可见光下光电流密度是纯bi2moo6的16倍左右。
21.3.本发明提供的bi2moo6/cuo光电极薄膜的制备方法，其原料廉价易得，操作简单方便，极大程度降低了成本，为水的分解提供新的催化材料，缓解当今的环境能源紧张的局势，有很好的发展前景。
附图说明
22.图1为实施例1制备的cuo粉末，bi2moo6光电极薄膜和bi2moo6/cuo光电极薄膜的xrd图。
23.图2为实施例1制备的bi2moo6光电极薄膜与实施例2制备的bi2moo6/cuo光电极薄膜光电流的对比图。
24.图3为实施例1制备的bi2moo6光电极薄膜与实施例2制备的bi2moo6/cuo光电极薄膜阻抗图谱的对比图。
具体实施方式
25.实施例1 bi2moo6光电极薄膜
26.(一)bi2moo6粉末的制备
27.将4.85g五水硝酸铋和0.88g钼酸铵分别溶于50ml的去离子水中，在搅拌30min后，将五水硝酸铋的水溶液与钼酸铵的水溶液混合均匀并用稀硝酸调节ph使ph小于7。在混合溶液中加入2g聚乙二醇，搅拌均匀在80℃水浴锅内水浴2h得到溶胶。
28.将上述所得溶胶在120℃鼓风干燥箱中干燥15h，得到前驱体。将前驱体充分研磨后置于马弗炉中，500℃煅烧2h，得到bi 2
moo6粉末。
29.将得到的bi2moo6粉末进行xrd测试，结果如图1所示，样品在10.927
°
、28.309
°
、32.533
°
、32.642
°
、33.140
°
、46.737
°
、47.123
°
和47.175
°
有八个明显衍射峰，为bi2moo6的特征峰，纯bi2moo6光电极样品的衍射峰与钼酸铋标准卡的峰谱完全一致，说明成功制备纯bi2moo6光电极材料。
30.(二)bi2moo6光电极薄膜的制备
31.取0.06g bi2moo6粉末置于25ml的丙酮液中，密封超声90min至溶液分散均匀，向得到的均匀分散液中加入0.012g i2，密封超声震荡30min，得到电泳沉积悬浮液；
32.将两个面积相等的透明导电玻璃(fto)作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加25v的直流电压，沉积3min；切断电流，将电极从电泳沉积悬浮液中取出，在室温条件下晾干，得bi2moo6光电极薄膜。
33.实施例2 bi2moo6/cuo光电极薄膜
34.(一)cuo粉末的制备
35.将1.596g硫酸铜、5.69ml乳酸溶于50ml的去离子水中，搅拌后，用0.5m naoh滴定，使其ph＝11。搅拌至没有沉淀再产生，将沉淀离心、用去离子水和乙醇各洗涤3次后放入烘箱60℃干燥12h，得到cuo的前驱物。将cuo的前驱物放在马弗炉中550℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得到p型光电极材料cuo粉末。
36.(二)bi2moo6/cuo光电极薄膜的制备
37.将30mg的cuo粉末溶于25ml无水乙醇后加入0.25ml聚乙二醇，超声1.5h得到cuo乙醇溶液。然后将实施例1制备的bi2moo6光电极薄膜放入cuo乙醇溶液中浸渍2min后，在马弗炉中300℃煅烧1h，得到bi2moo6/cuo光电极薄膜。
38.将浸渍2min、浸渍一次的薄膜，在马弗炉中300℃煅烧1h，命名为bi2moo6/cuo-1光电极薄膜。
39.将浸渍2min、浸渍二次薄膜，在马弗炉中300℃煅烧1h，命名为bi2moo6/cuo-2光电极薄膜。
40.将浸渍2min、浸渍三次薄膜，在马弗炉中300℃煅烧1h，命名为bi2moo6/cuo-3光电极薄膜。
41.将浸渍2min、浸渍四次薄膜，在马弗炉中300℃煅烧1h，命名为bi2moo6/cuo-4光电极薄膜。
42.实施例3应用
43.分别将实施例1、实施例2制备的bi2moo6，bi2moo6/cuo-1，bi2moo6/cuo-2，bi2moo6/cuo-3和bi2moo6/cuo-4光电极薄膜进行光电流和阻抗的光电化学性能测试。
44.所有电化学实验测试过程都在三电极体系的电化学工作站(princeton applied research2273)中进行。bi2moo6光电极薄膜或bi2moo6/cuo光电极薄膜作为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电解液为0.5m硫酸钠，样品光照射面积为1cm2。
45.光电流测试：光源为300w氙灯，偏压为1.23v vs.rhe，测得结果如图2所示，结果显示，bi2moo6/cuo光电极薄膜的光电流密度大于纯bi2moo6光电极薄膜，说明负载cuo后光电化学性能有所改善。bi2moo6/cuo-4光电极薄膜的光电流小于bi2moo6/cuo-3光电极薄膜的光电流，表明cuo浸渍次数的增加，光电子数量增加，当超过最佳浸渍次数，cuo电荷复合率增加，导致光电流降低。
46.电化学阻抗谱(eis)测试：固定电压为0v vs.voc，频率范围是0.1-105hz。测得结果如图3所示，浸渍cuo后的bi2moo6/cuo光电极薄膜样品，阻抗减小，其中bi2moo6/cuo-3阻抗最小，与图2相符合。