CN107354476A - 铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 - Google Patents
铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107354476A CN107354476A CN201710497490.4A CN201710497490A CN107354476A CN 107354476 A CN107354476 A CN 107354476A CN 201710497490 A CN201710497490 A CN 201710497490A CN 107354476 A CN107354476 A CN 107354476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pucherite
- iron
- light anode
- metal hydroxide
- based double
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 46
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910003206 NH4VO3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 2
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 claims 1
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910002915 BiVO4 Inorganic materials 0.000 description 9
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- -1 TiO2 Chemical class 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002451 CoOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 239000000686 essence Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(II) nitrate Inorganic materials [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 229910003145 α-Fe2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/847—Vanadium, niobium or tantalum or polonium
- B01J23/8472—Vanadium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/348—Electrochemical processes, e.g. electrochemical deposition or anodisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/50—Processes
- C25B1/55—Photoelectrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
- C25B11/069—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of at least one single element and at least one compound; consisting of two or more compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D9/00—Electrolytic coating other than with metals
- C25D9/04—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：制备钒酸铋晶种；通过水热法制得钒酸铋光阳极材料；通过快速电化学沉积法在钒酸铋光阳极表面沉积上铁基双金属氢氧化物，从而制得铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料。本发明还公开了一种铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料在光电催化产氧中的应用。采用电沉积法制备铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料，具有过程简单、用时短、金属比例可调控的优点；铁基双金属氢氧化物不仅可以作为产氧助催化剂，而且其具有可见光响应的特性，可以与钒酸铋之间形成界面结构，从而促进水氧化反应的发生，进而提升光电催化产氧性能。
Description
技术领域
本发明涉及领域，特别涉及一种铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用。
背景技术
因世界经济快速发展而导致的严重的环境污染和巨大的能源消耗，已然成为各国亟待解决的重大问题，这也是关系到人类生存发展的首要问题。能源短缺和环境污染所带来的诸多问题，使得世界各国迫切希望找到可再生、高效和清洁的新能源。
太阳能作为一种新能源，辐射到地球上的能量大约是4.3×1020焦耳/天，超过地球一年的能量总消耗量。太阳能可以将水分解为H2和O2，光解水包含两个半反应：水的还原和氧化；其中水的氧化涉及多步的四电子反应，需要克服热力学和动力学上的限制，这也成为了水分解的决速步骤。
目前，大量的金属氧化物，包括TiO2、α-Fe2O3、WO3以及BiVO4均被用来作为产氧的光阳极材料，其中由于BiVO4的价带位置比水分解产氧的电位更正，因此是一种最具有实用前景的光阳极材料。但是由于其自身存在的一些缺点，例如电荷迁移率低、光生电荷容易复合等问题，使得其性能远未达到理想水平。于是研究人员将一些产氧的助催化剂，如RuO2、CoOx、Co-磷酸盐、Co-硼酸盐以及Ni-硼酸盐等体系负载到BiVO4上来提高它的产氧水平。虽然其性能得到了一定的提升，但是这些助催化剂只能提高产氧的动力学反应，使得提升空间有限。
发明内容
为解决现有光解水过程中光阳极材料产氧量低的问题，本发明公开了一种铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：
1)制备钒酸铋晶种；
2)通过水热法制得钒酸铋光阳极材料；
3)通过快速电化学沉积法在钒酸铋光阳极表面沉积上铁基双金属氢氧化物，从而制得铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料。
进一步地，步骤1)还包括以下步骤：
a、将30～80摩尔份的Bi(NO3)3·5H2O、50～100摩尔份的NH4VO3和80～150摩尔份的柠檬酸溶于100～200容积份的20％HNO3稀溶液中，搅拌0.3～0.6h后得到透明的蓝色溶液；
b、在上述蓝色溶液中加入25～65容积份的醋酸和2～8重量份的聚乙烯醇，搅拌均匀；
c、取0.3～1.2容积份的搅拌后的溶液，通过旋涂机旋涂到FTO导电玻璃上，干燥后在马弗炉中200～500℃下焙烧1～4h，制得钒酸铋晶种。
进一步地，所述旋涂机的转速为2000～4000rpm，旋涂时间为20～100s。
进一步地，步骤2)还包括以下步骤：
d、将1～5摩尔份的Bi(NO3)3·5H2O和1～5摩尔份的NH4VO3分别溶解于50～100容积份的HNO3中和50～100容积份的NaOH溶液中，分别制得溶液A和溶液B；
e、将溶液A和溶液B混合搅拌均匀后倒入反应釜中，将步骤1)中制备的钒酸铋晶种置入反应釜中，在140～200℃下水热反应12～24h；
f、水热反应完成后，取出长有钒酸铋的FTO导电玻璃，用去离子水去除表面杂质后，放入马弗炉中，在200～500℃下焙烧1～5h，制得钒酸铋光阳极材料。
进一步地，步骤3)还包括以下步骤：
g、以钒酸铋光阳极作为工作电极，Pt片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为含有Fe2+以及Ni2+和/或Co2+的水溶液，电解液中持续通入N2以防止Fe2+氧化，控制Ni/CO：Fe以及Ni+Co：Fe的摩尔比为9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；
h、在相对于饱和甘汞电极为-1.00～-1.50V的恒电位下沉积20～100s，用去离子水去除电沉积产物表面杂质，最后干燥即可制得铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料。
进一步地，所述电解液为Fe(SO4)2·7H2O以及Ni(NO3)2·6H2O和/或Co(NO3)2·6H2O配置而成的水溶液。
进一步地，上述步骤所制备的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料在光电催化产氧中的应用。
本发明的有益效果是：
采用晶种诱导水热合成的钒酸铋光阳极材料具有光滑的表面和较高的纯相度，有利于铁基双金属氢氧化物沉积在其表面；采用电沉积法制备铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料，具有过程简单、用时短、金属比例可调控的优点；铁基双金属氢氧化物不仅可以作为产氧助催化剂，而且其具有可见光响应的特性，可以与钒酸铋之间形成界面结构，从而促进水氧化反应的发生，进而提升光电催化产氧性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料的光电流性能曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
本实施例的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：
1)钒酸铋晶种的制备
a、将3mmol Bi(NO3)3·5H2O、5mmol NH4VO3和8mmol柠檬酸溶于10mL的20％HNO3稀溶液中，搅拌0.3h后得到透明的蓝色溶液；
b、在上述蓝色溶液中加入2.5mL醋酸和0.2g聚乙烯醇，搅拌均匀；
c、取0.03mL搅拌后的溶液，通过旋涂机旋涂到FTO导电玻璃上，旋涂机的转速为2000rpm，旋涂时间为100s；干燥后在马弗炉中200℃下焙烧4h，制得钒酸铋晶种。
2)钒酸铋光阳极材料的制备
d、将0.1mmol Bi(NO3)3·5H2O和0.1mmol NH4VO3分别溶解于5mL HNO3中和5mLNaOH溶液中，分别制得溶液A和溶液B；
e、将溶液A和溶液B混合搅拌均匀后倒入反应釜中，将步骤c中制备的钒酸铋晶种置入反应釜中，在140℃下水热反应24h；
f、水热反应完成后，取出长有钒酸铋的FTO导电玻璃，用去离子水去除表面杂质后，放入马弗炉中，在200℃下焙烧5h，制得钒酸铋光阳极材料。
3)铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料的制备
g、以钒酸铋光阳极作为工作电极，Pt片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为含有Fe2+以及Ni2+的水溶液，电解液中持续通入N2以防止Fe2+氧化，控制Ni：Fe的摩尔比为9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；其中，电解液为Fe(SO4)2·7H2O以及Ni(NO3)2·6H2O配置而成的水溶液，通过控制每种组分的添加量，就可实现Ni与Fe的摩尔比控制；
h、在相对于饱和甘汞电极为-1.00V的恒电位下沉积100s，用去离子水去除电沉积产物表面杂质，最后干燥即可制得铁基双金属氢氧化物(NiFe-LDH)/钒酸铋(BiVO4)光阳极材料。
实施例2：
本实施例的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：
1)钒酸铋晶种的制备
a、将6mmol Bi(NO3)3·5H2O、8mmol NH4VO3和10mmol柠檬酸溶于15mL的20％HNO3稀溶液中，搅拌0.5h后得到透明的蓝色溶液；
b、在上述蓝色溶液中加入5.0mL醋酸和0.5g聚乙烯醇，搅拌均匀；
c、取0.08mL搅拌后的溶液，通过旋涂机旋涂到FTO导电玻璃上，旋涂机的转速为3000rpm，旋涂时间为60s；干燥后在马弗炉中350℃下焙烧2.5h，制得钒酸铋晶种。
2)钒酸铋光阳极材料的制备
d、将0.3mmol Bi(NO3)3·5H2O和0.3mmol NH4VO3分别溶解于8mL HNO3中和8mLNaOH溶液中，分别制得溶液A和溶液B；
e、将溶液A和溶液B混合搅拌均匀后倒入反应釜中，将步骤c中制备的钒酸铋晶种置入反应釜中，在170℃下水热反应18h；
f、水热反应完成后，取出长有钒酸铋的FTO导电玻璃，用去离子水去除表面杂质后，放入马弗炉中，在300℃下焙烧3h，制得钒酸铋光阳极材料。
3)铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料的制备
g、以钒酸铋光阳极作为工作电极，Pt片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为含有Fe2+以及Co2+的水溶液，电解液中持续通入N2以防止Fe2+氧化，控制Co：Fe的摩尔比为9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；其中，电解液为Fe(SO4)2·7H2O以及Co(NO3)2·6H2O配置而成的水溶液，通过控制每种组分的添加量，就可实现Co与Fe的摩尔比控制；
h、在相对于饱和甘汞电极为-1.20V的恒电位下沉积50s，用去离子水去除电沉积产物表面杂质，最后干燥即可制得铁基双金属氢氧化物(CoFe-LDH)/钒酸铋(BiVO4)光阳极材料。
实施例3：
本实施例的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：
1)钒酸铋晶种的制备
a、将8mmol Bi(NO3)3·5H2O、10mmol NH4VO3和15mmol柠檬酸溶于20mL的20％HNO3稀溶液中，搅拌0.6h后得到透明的蓝色溶液；
b、在上述蓝色溶液中加入6.5mL醋酸和0.8g聚乙烯醇，搅拌均匀；
c、取0.12mL搅拌后的溶液，通过旋涂机旋涂到FTO导电玻璃上，旋涂机的转速为4000rpm，旋涂时间为20s；干燥后在马弗炉中500℃下焙烧4h，制得钒酸铋晶种。
2)钒酸铋光阳极材料的制备
d、将0.5mmol Bi(NO3)3·5H2O和0.5mmol NH4VO3分别溶解于10mL HNO3中和10mLNaOH溶液中，分别制得溶液A和溶液B；
e、将溶液A和溶液B混合搅拌均匀后倒入反应釜中，将步骤c中制备的钒酸铋晶种置入反应釜中，在200℃下水热反应12h；
f、水热反应完成后，取出长有钒酸铋的FTO导电玻璃，用去离子水去除表面杂质后，放入马弗炉中，在500℃下焙烧1h，制得钒酸铋光阳极材料。
3)铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料的制备
g、以钒酸铋光阳极作为工作电极，Pt片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为含有Fe2+、Ni2+以及Co2+的水溶液，电解液中持续通入N2以防止Fe2+氧化，控制Ni+Co：Fe的摩尔比为9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；其中，电解液为Fe(SO4)2·7H2O、Ni(NO3)2·6H2O以及Co(NO3)2·6H2O配置而成的水溶液，通过控制每种组分的添加量，就可实现Ni、Co与Fe的摩尔比控制；
h、在相对于饱和甘汞电极为-1.50V的恒电位下沉积20s，用去离子水去除电沉积产物表面杂质，最后干燥即可制得铁基双金属氢氧化物(NiFe-LDH、CoFe-LDH)/钒酸铋(BiVO4)光阳极材料。
在电沉积过程中，硫酸根、硝酸根等在得到电子还原的过程中产生大量氢氧根，金属离子和氢氧根反应生成氢氧化物沉积到钒酸铋电极表面，在空气中暴露一段时间后，Fe2+氧化成Fe3+，最终在钒酸铋光阳极表面生成Fe基氢氧化物(Fe-LDH)。具体反应化学式如下：
采用电沉积法制备铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料，具有过程简单、用时短、金属比例可调控的优点，大大提高了光阳极材料的制备效率；采用晶种诱导水热合成的钒酸铋光阳极材料具有光滑的表面和较高的纯相度，有利于铁基双金属氢氧化物沉积在其表面。
如图1所示，钒酸铋(BiVO4)光阳极材料负载铁基双金属氢氧化物(NiFe-LDH、CoFe-LDH)以后，其光电化学性能得到明显的提升，单独钒酸铋的光电流密度只有0.30mA/cm2(1.23V vs.RHE偏压下)，而NiFe/BiVO4的光电流密度达到1.21mA/cm2(1.23V vs.RHE偏压下)，CoFe/BiVO4的光电流密度达到1.21mA/cm2(1.05V vs.RHE偏压下)。
因此，本发明所制备的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料应用于光电催化产氧时，铁基双金属氢氧化物不仅可以作为产氧助催化剂，而且其具有可见光响应的特性，可以与钒酸铋之间形成界面结构，从而促进水氧化反应的发生，进而提升光电催化产氧性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备钒酸铋晶种；
2)通过水热法制得钒酸铋光阳极材料；
3)通过快速电化学沉积法在钒酸铋光阳极表面沉积上铁基双金属氢氧化物，从而制得铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料。
2.根据权利要求1所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，步骤1)还包括以下步骤：
a、将30～80摩尔份的Bi(NO3)3·5H2O、50～100摩尔份的NH4VO3和80～150摩尔份的柠檬酸溶于100～200容积份的20％HNO3稀溶液中，搅拌0.3～0.6h后得到透明的蓝色溶液；
b、在上述蓝色溶液中加入25～65容积份的醋酸和2～8重量份的聚乙烯醇，搅拌均匀；
c、取0.3～1.2容积份的搅拌后的溶液，通过旋涂机旋涂到FTO导电玻璃上，干燥后在马弗炉中200～500℃下焙烧1～4h，制得钒酸铋晶种。
3.根据权利要求2所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述旋涂机的转速为2000～4000rpm，旋涂时间为20～100s。
4.根据权利要求2所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，步骤2)还包括以下步骤：
d、将1～5摩尔份的Bi(NO3)3·5H2O和1～5摩尔份的NH4VO3分别溶解于50～100容积份的HNO3中和50～100容积份的NaOH溶液中，分别制得溶液A和溶液B；
e、将溶液A和溶液B混合搅拌均匀后倒入反应釜中，将步骤1)中制备的钒酸铋晶种置入反应釜中，在140～200℃下水热反应12～24h；
f、水热反应完成后，取出长有钒酸铋的FTO导电玻璃，用去离子水去除表面杂质后，放入马弗炉中，在200～500℃下焙烧1～5h，制得钒酸铋光阳极材料。
5.根据权利要求4所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，步骤3)还包括以下步骤：
g、以钒酸铋光阳极作为工作电极，Pt片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解液为含有Fe2+以及Ni2+和/或Co2+的水溶液，电解液中持续通入N2以防止Fe2+氧化，控制Ni/CO：Fe以及Ni+Co：Fe的摩尔比为9:1、7:3、5:5、3:7或1:9；
h、在相对于饱和甘汞电极为-1.00～-1.50V的恒电位下沉积20～100s，用去离子水去除电沉积产物表面杂质，最后干燥即可制得铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料。
6.根据权利要求5所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述电解液为Fe(SO4)2·7H2O以及Ni(NO3)2·6H2O和/或Co(NO3)2·6H2O配置而成的水溶液。
7.根据权利要求1～6任一项所述的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法所制备的铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极材料在光电催化产氧中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710497490.4A CN107354476A (zh) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | 铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710497490.4A CN107354476A (zh) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | 铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107354476A true CN107354476A (zh) | 2017-11-17 |
Family
ID=60272548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710497490.4A Pending CN107354476A (zh) | 2017-06-27 | 2017-06-27 | 铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107354476A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108355688A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-08-03 | 南京航空航天大学 | 一种光电催化水分解用BiVO4/Ag3PO4薄膜的制备方法 |
| CN108842169A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-20 | 西北师范大学 | 一种负载金属氧化物的钒酸铋复合材料及其制备和应用 |
| CN109234755A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-18 | 江苏大学 | 一种层状双金属氢氧化物复合结构电催化剂及制备方法 |
| CN109440126A (zh) * | 2018-05-28 | 2019-03-08 | 许昌学院 | 一种钒酸铋光阳极薄膜及其制备方法 |
| CN109569630A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-04-05 | 西北师范大学 | 一种负载镍钴水滑石纳米粒子的钒酸铋复合材料制备及在光电水氧化中的应用 |
| CN110257868A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-20 | 西安交通大学 | 一种硅/镍铁钒光阳极制备方法 |
| CN110368968A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-25 | 中国石油大学(北京) | NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用 |
| CN113279009A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 北京化工大学 | 一种具有空穴传输和助催化双功能光电催化界面的复合光阳极的制备方法 |
| CN113304755A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-08-27 | 淮阴工学院 | 一种BiVO4/MOOH的光电催化剂及其制备方法 |
| CN115650177A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-31 | 深圳大学 | 适用于多种基底材料表面原位生长层状双金属氢氧化物层的普适性制备方法 |
| CN116273029A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-06-23 | 岭南师范学院 | 一种BiVO4/CoNiFe-LDH光催化剂及其制备和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102249305A (zh) * | 2011-05-24 | 2011-11-23 | 陕西科技大学 | 一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法 |
| CN102471143A (zh) * | 2009-07-09 | 2012-05-23 | 法国圣戈班玻璃厂 | 通过溅射的沉积用方法，所得产品，和溅射靶 |
| CN105040025A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法 |
| CN105797739A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-07-27 | 天津大学 | 铁氢氧化物/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN106435635A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-22 | 浙江大学 | 一种高效光电催化分解水产氧电极的制备方法及应用 |
| CN106745249A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-31 | 西北师范大学 | BiVO4纳米线的水热法制备工艺 |
-
2017
- 2017-06-27 CN CN201710497490.4A patent/CN107354476A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102471143A (zh) * | 2009-07-09 | 2012-05-23 | 法国圣戈班玻璃厂 | 通过溅射的沉积用方法，所得产品，和溅射靶 |
| CN102249305A (zh) * | 2011-05-24 | 2011-11-23 | 陕西科技大学 | 一种微波水热法合成单斜相和四方相共混的高催化活性的钒酸铋粉体的方法 |
| CN105040025A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法 |
| CN105797739A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-07-27 | 天津大学 | 铁氢氧化物/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN106435635A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-22 | 浙江大学 | 一种高效光电催化分解水产氧电极的制备方法及应用 |
| CN106745249A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-31 | 西北师范大学 | BiVO4纳米线的水热法制备工艺 |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108355688B (zh) * | 2018-01-17 | 2020-11-06 | 南京航空航天大学 | 一种光电催化水分解用BiVO4/Ag3PO4薄膜的制备方法 |
| CN108355688A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-08-03 | 南京航空航天大学 | 一种光电催化水分解用BiVO4/Ag3PO4薄膜的制备方法 |
| CN109440126A (zh) * | 2018-05-28 | 2019-03-08 | 许昌学院 | 一种钒酸铋光阳极薄膜及其制备方法 |
| CN108842169A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-20 | 西北师范大学 | 一种负载金属氧化物的钒酸铋复合材料及其制备和应用 |
| CN109234755A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-18 | 江苏大学 | 一种层状双金属氢氧化物复合结构电催化剂及制备方法 |
| CN109569630A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-04-05 | 西北师范大学 | 一种负载镍钴水滑石纳米粒子的钒酸铋复合材料制备及在光电水氧化中的应用 |
| CN110257868A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-20 | 西安交通大学 | 一种硅/镍铁钒光阳极制备方法 |
| CN110368968A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-25 | 中国石油大学(北京) | NiFe-LDH/Ti3C2/Bi2WO6纳米片阵列及制法和应用 |
| CN113304755A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-08-27 | 淮阴工学院 | 一种BiVO4/MOOH的光电催化剂及其制备方法 |
| CN113279009A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 北京化工大学 | 一种具有空穴传输和助催化双功能光电催化界面的复合光阳极的制备方法 |
| CN113279009B (zh) * | 2021-04-28 | 2022-05-27 | 北京化工大学 | 一种具有空穴传输和助催化双功能光电催化界面的复合光阳极的制备方法 |
| CN115650177A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-31 | 深圳大学 | 适用于多种基底材料表面原位生长层状双金属氢氧化物层的普适性制备方法 |
| CN115650177B (zh) * | 2022-09-09 | 2023-09-29 | 深圳大学 | 适用于多种基底材料表面原位生长层状双金属氢氧化物层的普适性制备方法 |
| CN116273029A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-06-23 | 岭南师范学院 | 一种BiVO4/CoNiFe-LDH光催化剂及其制备和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107354476A (zh) | 铁基双金属氢氧化物/钒酸铋光阳极的制备方法及其应用 | |
| Baek et al. | BiVO4/WO3/SnO2 double-heterojunction photoanode with enhanced charge separation and visible-transparency for bias-free solar water-splitting with a perovskite solar cell | |
| Rao et al. | Hydrotalcite-like Ni (OH) 2 nanosheets in situ grown on nickel foam for overall water splitting | |
| Jin et al. | Metal selenides as efficient counter electrodes for dye-sensitized solar cells | |
| Chandiran et al. | Ga3+ and Y3+ cationic substitution in mesoporous TiO2 photoanodes for photovoltaic applications | |
| He et al. | Fabrication of porous Cu-doped BiVO4 nanotubes as efficient oxygen-evolving photocatalysts | |
| Hosseini et al. | Fabrication of high conductivity TiO2/Ag fibrous electrode by the electrophoretic deposition method | |
| Yu et al. | ZnS/ZnO heteronanostructure as photoanode to enhance the conversion efficiency of dye-sensitized solar cells | |
| Long et al. | Layered double hydroxide onto perovskite oxide-decorated ZnO nanorods for modulation of carrier transfer behavior in photoelectrochemical water oxidation | |
| Rodriguez-Gutierrez et al. | Charge transfer and recombination dynamics at inkjet-printed CuBi2O4 electrodes for photoelectrochemical water splitting | |
| Murugan et al. | Reinforcement of visible-light harvesting and charge-transfer dynamics of BiVO4 photoanode via formation of p–n heterojunction with CuO for efficient photoelectrocatalytic water splitting | |
| CN101143357B (zh) | 一种纳米晶薄膜及其低温制备方法 | |
| Hussain et al. | Nanotextured spikes of α-Fe2O3/NiFe2O4 composite for efficient photoelectrochemical oxidation of water | |
| Fang et al. | Boosting photoelectrochemical performance of BiVO4 photoanode by synergistic effect of WO3/BiVO4 heterojunction construction and NiOOH water oxidation cocatalyst modification | |
| CN110042407B (zh) | 磷酸钴-聚多巴胺-钒酸铋三元复合光电极的制备方法及应用 | |
| CN109280937A (zh) | 一种zif-67/钒酸铋复合材料的制备及作为光电阳极材料的应用 | |
| CN102485968A (zh) | 锌掺杂二氧化钛纳米管阵列的制备方法 | |
| CN104815668B (zh) | 一种Ta、Al共掺杂的氧化铁光催化剂的制备方法 | |
| Ma et al. | Photoirradiation-induced capacitance enhancement in the h-WO3/Bi2WO6 submicron rod heterostructure under simulated solar illumination and its postillumination capacitance enhancement retainment from a photocatalytic memory effect | |
| CN104377036B (zh) | 一种In2S3为缓冲层的AgInS2量子点敏化TiO2光电极的制备方法 | |
| CN105293563A (zh) | 氧化锌纳米片簇及其制备方法 | |
| CN103981537A (zh) | 一种光电催化还原处理有机污染物的Pd/3DOM TiO2/BDD电极的制备方法及其应用 | |
| CN102815748A (zh) | 二氧化钛材料及其制备方法、染料敏化太阳能电池 | |
| CN102477565A (zh) | 高催化活性Ti基电极:Ti/nanoTiO2-RE2O3;Ti/nanoTiO2-ZrO2制备 | |
| CN103489651A (zh) | 一种硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20191211 Address after: 1818, building C, Vanke center, No. 2, Heilongjiang South Road, Shibei District, Qingdao, Shandong Province Applicant after: Qingdao Lurun energy environment Co. Ltd. Address before: 266109 Shandong city of Qingdao province high tech Zone Songyuan Road No. 17 Qingdao Industrial Technology Research Institute A District 2 floor A1 Building Room 201 Applicant before: Qingdao Lurun Zhongke Environmental Engineering Technology Development Co Ltd |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171117 |