一种二元半导体复合光阳极及其制备方法和应用

本发明属于光电催化，具体涉及一种二元半导体复合光阳极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、为了寻找一种可循环的绿色清洁能源，利用太阳能生产可持续能源已被认为是一种有前途的方法。在过去的几十年里，研究人员使用了各种方法来提高太阳能转换效率，如光催化和光电化学电池。其中，光电催化分解水制氢因其巨大的实际应用潜力而成为研究热点。但是，探索和构建高效稳定的半导体光阳极仍然是一个很大的挑战。自kudo等人首次对n型bivo4半导体材料报道以来，就受到了广泛的关注。虽然bivo4带隙较好(～2.4ev)，且成本低廉，安全无毒等优点已经成为人们的研究热点，但是由于bivo4较缓慢的水氧化动力学、较弱的电荷传输能力和较低的载流子迁移率等缺点极大地限制了实际应用。

2、cn113981488a公开了一种异质结光电极及其制备方法、无偏压太阳能电池，作为光电池包括基于同种材料制成的光阳极和光阴极，光电极的最大光电流值约为1.5ma·cm-2；cn107012474a公开了一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法，在制氢时需要两个电解池，而且还需要离子交换膜。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是为了解决技术中现有单一bivo4半导体材料的电子-空穴复合严重和光电化学分解水性能较低等技术问题，提供一种二元半导体复合光阳极，该光阳极含p-o键，具有高的光电流密度和电荷分离效率。

2、本发明的第二个目的是提供上述二元半导体复合光阳极的制备方法。

3、本发明的第三个目的是提供上述二元半导体复合光阳极的应用。

4、本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

5、一种二元半导体复合光阳极，所述光阳极的有效物质化学式为bivo4/fecopox。

6、上述二元半导体复合光阳极的制备方法，所述方法包括如下步骤：

7、(1)配制含bi(no3)3和醌氢醌的电化学沉积液，在fto基底上采用电化学工作站三电极进行电沉积，得到bioi电极；

8、(2)在步骤(1)得到的bioi电极上滴涂乙酰丙酮氧钒溶液，空气条件下煅烧，将bioi变为纳米多孔的bivo4光电极材料；

9、(3)利用溶液浸渍法和磷化处理，在步骤(2)得到的bivo4光电极材料上制备fecopox助催化剂。

10、进一步的，步骤(1)中，所述电化学沉积液中bi(no3)3和醌氢醌的摩尔比为2：5，电沉积以-0.1vvs.ag/agcl恒定电位，沉积时间为180s。

11、进一步的，步骤(2)中，所述乙酰丙酮氧钒溶液的浓度为0.2mol/l，所述煅烧的温度为450℃，煅烧时间为2h。

12、进一步的，步骤(3)中，以铁盐和钴盐作为溶液浸渍源，浸渍时间为15min；以次亚磷酸钠为磷源，在氩气条件下进行磷化处理，磷化处理温度为350℃，磷化处理时间为1h。

13、更进一步的，所述溶液浸渍源中铁和钴的摩尔比为1：1。

14、上述二元半导体复合光阳极在光电化学分解水制氢中的应用。

15、本发明通过溶液浸渍法、磷化处理法等在导电玻璃fto上制备了bivo4/fecopox光阳极是一种超薄的无定型结构，p-o键和超薄羟基氧化物纳米层的共同作用可以显著增强bivo4光阳极的光电化学稳定性，促进了电荷的分离与转移，增强了析氧反应的活性位点，从而加快oer反应进行。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明提供的元半导体复合光阳极，与现有技术相比具有如下优点：

18、(1)具有高的光电流密度和电荷分离效率，光电流密度高达6.5macm-2，是纯的bivo4光电流值的3.2倍，其电荷分离效率高达92％，加快了析氧反应的进行；

19、(2)本发明的复合光阳极在产氢实验时不需要两个电解池，也不需要离子交换膜，利用电化学测试的电解液即可进行产氢产氧测试。

技术特征：

1.一种二元半导体复合光阳极，其特征在于，所述光阳极的有效物质化学式为bivo4/fecopox。

2.权利要求1所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电化学沉积液中bi(no3)3和醌氢醌的摩尔比为2：5，电沉积以-0.1vvs.ag/agcl恒定电位，沉积时间为180s。

4.根据权利要求2所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乙酰丙酮氧钒溶液的浓度为0.2mol/l，所述煅烧的温度为450℃，煅烧时间为2h。

5.根据权利要求2所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以铁盐和钴盐作为溶液浸渍源，浸渍时间为15min；以次亚磷酸钠为磷源，在氩气条件下进行磷化处理，磷化处理温度为350℃，磷化处理时间为1h。

6.根据权利要求5所述的二元半导体复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述溶液浸渍源中铁和钴的摩尔比为1：1。

7.权利要求1所述的二元半导体复合光阳极在光电化学分解水制氢中的应用。

技术总结
本发明公开了一种二元半导体复合光阳极，所述光阳极的有效物质化学式为BiVO<subgt;4</subgt;/FeCoPO<subgt;x</subgt;；并提供了其制备方法和应用。该光阳极具有高的光电流密度和电荷分离效率，光电流密度高达6.5mAcm<supgt;‑2</supgt;，其电荷分离效率高达92％，加快了析氧反应的进行；在产氢实验时不需要两个电解池，也不需要离子交换膜，利用电化学测试的电解液即可进行产氢产氧测试。

技术研发人员：郭惠霞,刘苗苗,王晓童,黎桐军,左甜
受保护的技术使用者：西北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13