CN110172708B - 聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 - Google Patents
聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110172708B CN110172708B CN201910367939.4A CN201910367939A CN110172708B CN 110172708 B CN110172708 B CN 110172708B CN 201910367939 A CN201910367939 A CN 201910367939A CN 110172708 B CN110172708 B CN 110172708B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth vanadate
- anode
- polyimide
- photo
- solution
- 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.)
- Active
Links
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 45
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 74
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 26
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 26
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 claims description 18
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 12
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 12
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-2-dichlorophosphoryloxybenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1OP(Cl)(Cl)=O VLDPXPPHXDGHEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- ANSXAPJVJOKRDJ-UHFFFAOYSA-N furo[3,4-f][2]benzofuran-1,3,5,7-tetrone Chemical compound C1=C2C(=O)OC(=O)C2=CC2=C1C(=O)OC2=O ANSXAPJVJOKRDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 28
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 29
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 8
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 6
- 229910002915 BiVO4 Inorganic materials 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N N-phenyl amine Natural products NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004577 artificial photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/26—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
- B01J31/36—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of vanadium, niobium or tantalum
-
- B01J35/33—
-
- 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
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- 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
-
- 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
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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)
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
本发明公开了一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法，该复合膜光阳极包括钒酸铋纳米片及原位聚合于钒酸铋纳米片上的聚酰亚胺；制法为先制备钒酸铋光阳极，随后将钒酸铋光阳极置于聚酰亚胺前驱液中原位预聚合，最终在高温下热聚合，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。本发明的复合膜不仅水氧化电流密度大，氧析出电位低，而且稳定性好，同时制法简单，成本低，可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于复合薄膜领域，尤其涉及一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法。
背景技术
进入二十一世纪以来，能源危机与环境污染成为了人们所面临的两大问题，因此，寻找高效清洁可再生能源对于人类文明具有着重大的意义。在众多清洁能源中，氢能由于其可再生，清洁无污染，燃烧热值高等优点被认为是未来能源的最佳选择。目前，工业上氢气主要通过从化石燃料中提取制得，这不仅会产生额外的能量损耗，而且会产生大量的温室气体，同时也会加剧化石燃料的枯竭。而光电催化分解水，为高效清洁低能耗地产生氢气开拓了新道路。
光电催化水分解是在外加电场的作用下，利用半导体吸收太阳光能，进而将水分解为氢气和氧气的过程。对于整个系统而言，由于析氧反应涉及多电子过程，因此半导体光阳极的性能和稳定性尤为重要。在半导体中，钒酸铋由于其较窄的带隙和合适的能带位置常被用做光阳极材料。但是，其表面水氧化动力学较慢及稳定性较差等问题仍然制约着其发展。目前，研究者们通常通过在半导体表面负载助催化剂促进水氧化动力学，通过在表面构建一层保护层提升其稳定性。但是助催化剂通常稳定性较差，在反应过程中容易分解，此外保护层也会阻碍空穴与水的接触，抑制水氧化反应的进行。
因此，如何设计构建一层能够同时促进水氧化动力学并且提升稳定性的保护层对于光电催化的实用化进程尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法，通过本发明的方法制备了一种稳定性高、水氧化电流密度大且氧析出电位低的用于光电催化氧析出的具有光阳极保护的聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
本发明是这样实现的：
一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极，其特征在于，所述的复合膜光阳极包括钒酸铋纳米片及原位聚合于钒酸铋纳米片上的聚酰亚胺膜。本发明采用聚酰亚胺较好的氧析出能力及较好的耐腐蚀能力，将其负载在钒酸铋半导体表面，从而提高其光电转化效率，同时提升其稳定性。
本发明还公开了一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、配置聚酰亚胺前驱液：配置均苯四甲酸酐和对苯二胺溶于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀；
步骤二、将制备好的钒酸铋光阳极置于聚酰亚胺前驱液中原位预聚合；
步骤三、在氮气氛围中热聚合，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
进一步，所述的均苯四甲酸酐的浓度为0.005-0.01 mol/L，对苯二胺的浓度为0.005-0.01 mol/L。
进一步，所述的钒酸铋光阳极的制备工艺为：
a) 制备钒酸铋种子层：配置15ml 0.05mol/L硝酸铋和0.1mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，取1ml氨水调节pH，搅拌至粉体完全溶解，制得溶液A；配置15ml 0.05mol/L偏钒酸铵和0.025mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，取1ml氨水调节pH，搅拌至粉体完全溶解，制得溶液B；将A溶液和B溶液混合，制得钒酸铋种子层前驱液，取FTO导电玻璃用制得溶液进行旋涂，旋涂后经过热处理，制得钒酸铋种子层；
b) 制备钒酸铋薄膜光阳极：配置30ml 0.01mol/L硝酸铋和0.015mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，加入2mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至9.2，搅拌至粉体完全溶解，再加入0.01mol/L偏钒酸铵，搅拌至溶解，将制得溶液转移至50ml反应釜中，取含有钒酸铋种子层的FTO导电玻璃浸入其中，在180℃下水热3h，取出后经热处理得到钒酸铋薄膜光阳极。
进一步，所述的步骤二具体为：将钒酸铋光阳极浸入搅拌均匀后的聚酰亚胺前驱液中，静置30-60s，取出晾干。
进一步，所述的热聚合工艺条件：热聚合温度250-300℃，时间3-6 h。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：该复合膜光阳极不仅水氧化光电流密度大，氧析出电位低，而且在水氧化反应过程中稳定性好，将聚酰亚胺负载于钒酸铋纳米片上可以有效地提升水氧化反应稳定性，抑制光阳极腐蚀，同时可以促进半导体表面水氧化反应动力学，从而提升光电转化效率，在光催化水分解、人工光合作用等领域具有广阔的应用前景；同时制备方法简单，成本低。
附图说明
图1是制备的聚酰亚胺膜的红外光谱；
图2是制备的钒酸铋纳米片光阳极的扫描电镜图；
图3是制备的聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极的扫描电镜图；
图4是制备的各薄膜光阳极的光电流对比曲线；
图5是制备的各薄膜光阳极的光电流稳定性对比曲线；
图6是制备的钒酸铋纳米片光阳极光电流测试后的扫描电镜图；
图7是制备的聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光电流测试后的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
(1) 制备钒酸铋种子层：称取0.3638g的硝酸铋与0.4384g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得A溶液；称取0.0877g的偏钒酸铵和0.1096g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得B溶液；将A溶液和B溶液混合，继续搅拌混匀，制得种子层前驱液，将FTO导电玻璃置于旋涂仪上，取种子层前驱液进行旋涂，旋涂3次，每次旋涂后置于500℃条件下保温10min，最后将旋涂后的FTO导电玻璃在空气氛围中、500℃条件下保温2h，制得钒酸铋种子层；
(2) 制备钒酸铋薄膜光阳极：将0.1455g的硝酸铋与0.1315g的乙二胺四乙酸分散于30ml水中，并滴加2mol/L的氢氧化钠溶液至粉体完全溶解，调节pH至9 .2，加入0.0351g的偏钒酸铵，继续搅拌至溶解，将溶液转移至50ml高压反应釜内衬中，将含BiVO4种子层的FTO导电玻璃放入反应釜中，将钒酸铋种子层的一面朝下，浸没于溶液中，反应釜密封后在180℃条件下保温3h，待冷却至室温后取出，并洗涤干燥，将得到长有黄色薄膜的FTO导电玻璃在500℃、空气氛围条件下保温4h，制得钒酸铋薄膜光阳极；
(3)制备聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极：取0.1091g均苯四甲酸酐和0.0541g对苯二胺溶解于100ml二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，将制备好的钒酸铋薄膜光阳极浸入溶液中，浸泡30s，取出后晾干；将晾干后的光阳极置于氮气氛围下，300℃热聚合3h，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
实施例2
(1) 制备钒酸铋种子层：称取0.3638g的硝酸铋与0.4384g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得A溶液；称取0.0877g的偏钒酸铵和0.1096g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得B溶液；将A溶液和B溶液混合，继续搅拌混匀，制得种子层前驱液，将FTO导电玻璃置于旋涂仪上，取种子层前驱液进行旋涂，旋涂3次，每次旋涂后置于500℃条件下保温10min，最后将旋涂后的FTO导电玻璃在空气氛围中、500℃条件下保温2h，制得钒酸铋种子层；
(2) 制备钒酸铋薄膜光阳极：将0.1455g的硝酸铋与0.1315g的乙二胺四乙酸分散于30ml水中，并滴加2mol/L的氢氧化钠溶液至粉体完全溶解，调节pH至9 .2，加入0.0351g的偏钒酸铵，继续搅拌至溶解，将溶液转移至50ml高压反应釜内衬中，将含BiVO4种子层的FTO导电玻璃放入反应釜中，将钒酸铋种子层的一面朝下，浸没于溶液中，反应釜密封后在180℃条件下保温3h，待冷却至室温后取出，并洗涤干燥，将得到长有黄色薄膜的FTO导电玻璃在500℃、空气氛围条件下保温4h，制得钒酸铋薄膜光阳极；
(3)制备聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极：取0.1091g均苯四甲酸酐和0.0541g对苯二胺溶解于100ml二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，将制备好的钒酸铋薄膜光阳极浸入溶液中，浸泡45s，取出后晾干；将晾干后的光阳极置于氮气氛围下，300℃热聚合3h，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
实施例3
(1) 制备钒酸铋种子层：称取0.3638g的硝酸铋与0.4384g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得A溶液；称取0.0877g的偏钒酸铵和0.1096g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得B溶液；将A溶液和B溶液混合，继续搅拌混匀，制得种子层前驱液，将FTO导电玻璃置于旋涂仪上，取种子层前驱液进行旋涂，旋涂3次，每次旋涂后置于500℃条件下保温10min，最后将旋涂后的FTO导电玻璃在空气氛围中、500℃条件下保温2h，制得钒酸铋种子层；
(2) 制备钒酸铋薄膜光阳极：将0.1455g的硝酸铋与0.1315g的乙二胺四乙酸分散于30ml水中，并滴加2mol/L的氢氧化钠溶液至粉体完全溶解，调节pH至9 .2，加入0.0351g的偏钒酸铵，继续搅拌至溶解，将溶液转移至50ml高压反应釜内衬中，将含BiVO4种子层的FTO导电玻璃放入反应釜中，将钒酸铋种子层的一面朝下，浸没于溶液中，反应釜密封后在180℃条件下保温3h，待冷却至室温后取出，并洗涤干燥，将得到长有黄色薄膜的FTO导电玻璃在500℃、空气氛围条件下保温4h，制得钒酸铋薄膜光阳极；
(3)制备聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极：取0.1091g均苯四甲酸酐和0.0541g对苯二胺溶解于100ml二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，将制备好的钒酸铋薄膜光阳极浸入溶液中，浸泡60s，取出后晾干；将晾干后的光阳极置于氮气氛围下，300℃热聚合3h，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
实施例4
(1) 制备钒酸铋种子层：称取0.3638g的硝酸铋与0.4384g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得A溶液；称取0.0877g的偏钒酸铵和0.1096g的乙二胺四乙酸溶于15ml水中，加入1ml氨水调节pH至10，搅拌至溶解，制得B溶液；将A溶液和B溶液混合，继续搅拌混匀，制得种子层前驱液，将FTO导电玻璃置于旋涂仪上，取种子层前驱液进行旋涂，旋涂3次，每次旋涂后置于500℃条件下保温10min，最后将旋涂后的FTO导电玻璃在空气氛围中、500℃条件下保温2h，制得钒酸铋种子层；
(2) 制备钒酸铋薄膜光阳极：将0.1455g的硝酸铋与0.1315g的乙二胺四乙酸分散于30ml水中，并滴加2mol/L的氢氧化钠溶液至粉体完全溶解，调节pH至9 .2，加入0.0351g的偏钒酸铵，继续搅拌至溶解，将溶液转移至50ml高压反应釜内衬中，将含BiVO4种子层的FTO导电玻璃放入反应釜中，将钒酸铋种子层的一面朝下，浸没于溶液中，反应釜密封后在180℃条件下保温3h，待冷却至室温后取出，并洗涤干燥，将得到长有黄色薄膜的FTO导电玻璃在500℃、空气氛围条件下保温4h，制得钒酸铋薄膜光阳极；
(3)制备聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极：取0.2181g均苯四甲酸酐和0.1082g对苯二胺溶解于100ml二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，将制备好的钒酸铋薄膜光阳极浸入溶液中，浸泡60s，取出后晾干；将晾干后的光阳极置于氮气氛围下，250℃热聚合6h，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
对比例1：聚酰亚胺膜
该对比例基本步骤与实施例1相同，不同之处在于最终制备的薄膜仅为聚酰亚胺膜。具体制备方法如下所示：
制备聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极：取0.1091g均苯四甲酸酐和0.0541g对苯二胺溶解于100ml二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，将FTO导电玻璃浸入溶液中，浸泡30s，取出后晾干；将晾干后的FTO导电玻璃置于氮气氛围下，300℃热聚合3h，制得聚酰亚胺膜。
结构表征：将本发明制备的聚酰亚胺膜、聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极进行结构表征，获得结果如图所示。通过图1的聚酰亚胺膜的红外图谱可知，该图谱中1726和721cm-1处的峰为C=O键振动峰，1513cm-1处的峰为苯环振动峰，1371cm-1处为苯胺键振动峰。通过图2的钒酸铋薄膜扫描电镜可知，制备得到的钒酸铋薄膜为纳米片状的钒酸铋组成。通过图3的聚酰亚胺/钒酸铋复合膜扫描电镜图可知，聚酰亚胺膜紧密的吸附在钒酸铋的表面，均匀地包裹住纳米片。图6是经过光电测试6h后的钒酸铋纳米片的扫描电镜图，对比图2可以看出测试后钒酸铋纳米片受到了一定程度的腐蚀，厚度明显减小。图7是经过光电测试6h后的聚酰亚胺/钒酸铋纳米片的扫描电镜图，对比图3可以看出测试后钒酸铋的形貌所受影响较小，表面仍然可以看出聚酰亚胺膜的存在。
性能检测:光电流
对本发明实施例制备的钒酸铋光阳极、聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极进行光电流性能检测，具体检测方法包括如下步骤：
测试仪器为电化学工作站，测试体系为三电极体系，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，生长有半导体的FTO导电玻璃为工作电极，电解液为pH=7的0.2mol的磷酸缓冲液，光源为模拟太阳光AM 1.5G。选用线性扫描伏安法，扫描区间为0.45-1.3V(vs. RHE)，结果如图4所示。通过与纯钒酸铋光阳极相比，聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极表现出来更大的水氧化电流及更低的析氧起始电位。图5是计时电流法测试的光阳极稳定性，通过图5可知，在1.23V(vd. RHE)光照条件下进行6h测试后，钒酸铋光阳极稳定性下降至60%，而聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极的光电流仍然保持在90%以上，表明在钒酸铋表面包覆一层聚酰亚胺膜能够有效的提升光阳极的稳定性。
通过上述实施例可知，本发明的复合膜光阳极，光电催化水氧化电流密度大，析氧起始电位低，稳定性好；同时制备方法简单，成本低，操作性强。
Claims (5)
1.一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极，其特征在于，所述的钒酸铋复合光阳极包括钒酸铋纳米片及原位聚合于钒酸铋纳米片上的聚酰亚胺膜。
2.一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、配置聚酰亚胺前驱液：配置均苯四甲酸酐和对苯二胺溶于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀；
步骤二、将制备好的钒酸铋光阳极置于聚酰亚胺前驱液中原位预聚合；
所述的钒酸铋光阳极的制备工艺为：
a) 制备钒酸铋种子层：配置15ml 0.05mol/L硝酸铋和0.1mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，取1ml氨水调节pH，搅拌至粉体完全溶解，制得溶液A；配置15ml 0.05mol/L偏钒酸铵和0.025mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，取1ml氨水调节pH，搅拌至粉体完全溶解，制得溶液B；将A溶液和B溶液混合，制得钒酸铋种子层前驱液，取FTO导电玻璃用制得溶液进行旋涂，旋涂后经过热处理，制得钒酸铋种子层；
b) 制备钒酸铋薄膜光阳极：配置30ml 0.01mol/L硝酸铋和0.015mol/L乙二胺四乙酸的混合溶液，加入2mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至9.2，搅拌至粉体完全溶解，再加入0.01mol/L偏钒酸铵，搅拌至溶解，将制得溶液转移至50ml反应釜中，取含有钒酸铋种子层的FTO导电玻璃浸入其中，在180℃下水热3h，取出后经热处理得到钒酸铋薄膜光阳极；
步骤三、在氮气氛围中热聚合，制得聚酰亚胺/钒酸铋复合膜光阳极。
3.根据权利要求2所述的一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述的均苯四甲酸酐的浓度为0.005-0.01 mol/L，对苯二胺的浓度为0.005-0.01mol/L。
4.根据权利要求2所述的一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：将钒酸铋光阳极浸入搅拌均匀后的聚酰亚胺前驱液中，静置30-60s，取出晾干。
5.根据权利要求2所述的一种聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述的热聚合工艺条件：热聚合温度250-300℃，时间3-6 h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910367939.4A CN110172708B (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910367939.4A CN110172708B (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110172708A CN110172708A (zh) | 2019-08-27 |
| CN110172708B true CN110172708B (zh) | 2021-05-25 |
Family
ID=67690428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910367939.4A Active CN110172708B (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110172708B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113106483B (zh) * | 2021-03-18 | 2022-12-06 | 南京航空航天大学 | 一种共轭有机框架修饰钒酸铋复合光阳极及其制备方法 |
| CN113684500B (zh) * | 2021-09-26 | 2024-01-05 | 西北师范大学 | 一种复合光阳极材料的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201132674A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-01 | Nat Univ Chin Yi Technology | Method for manufacturing photo-catalyst thin film |
| CN103819672A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-05-28 | 南京大学 | 一种利用离子液体制备聚酰亚胺的方法及该方法制得的聚酰亚胺的应用 |
| CN104117391A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-10-29 | 太原理工大学 | 一种用于分解水制氢的光电催化膜制备 |
| CN104277219A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-14 | 南京大学 | 一种光催化材料聚酰亚胺及其制备方法和应用 |
| 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 |
| CN108842158A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-20 | 南京航空航天大学 | 一种用于光电催化氧析出的BiVO4-Al2O3-Ni4O4复合薄膜及其制备方法 |
-
2019
- 2019-05-05 CN CN201910367939.4A patent/CN110172708B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201132674A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-01 | Nat Univ Chin Yi Technology | Method for manufacturing photo-catalyst thin film |
| CN103819672A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-05-28 | 南京大学 | 一种利用离子液体制备聚酰亚胺的方法及该方法制得的聚酰亚胺的应用 |
| CN104117391A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-10-29 | 太原理工大学 | 一种用于分解水制氢的光电催化膜制备 |
| CN104277219A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-14 | 南京大学 | 一种光催化材料聚酰亚胺及其制备方法和应用 |
| 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 |
| CN108842158A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-20 | 南京航空航天大学 | 一种用于光电催化氧析出的BiVO4-Al2O3-Ni4O4复合薄膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Nanostructured bismuth vanadate-based materials for solar-energy-driven water oxidation: a review on recent progress;Zhen-Feng Huang et al;《Nanoscale》;20141230;review * |
| Progress in bismuth vanadate photoanodes for use in solar water oxidation;Yiseul Park et al;《Chem Soc Rev》;20121023;第2321-2337页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110172708A (zh) | 2019-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108411324A (zh) | 一种硫氮共掺杂石墨烯负载硫化钴镍催化材料及制备与应用 | |
| CN108796551B (zh) | 负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用 | |
| CN106257729A (zh) | 自呼吸式光助生物质燃料电池及其应用 | |
| CN108597886B (zh) | 一种用于改性氧化铁光阳极的有机溶液及其应用 | |
| CN106732669B (zh) | 一种用作光电催化析氢材料的MoS2/In2S3复合催化剂及其制备方法 | |
| CN108103525A (zh) | 氮掺杂碳点修饰三氧化钨复合光电极及其制备方法、和在光电催化分解水中的应用 | |
| CN111569896A (zh) | BiVO4-Ni/Co3O4异质结的合成方法及其应用于光电解水 | |
| CN108546970B (zh) | 一种Bi2Se3/TiO2纳米复合膜及其制备和应用 | |
| CN110172708B (zh) | 聚酰亚胺保护的钒酸铋复合光阳极及其制备方法 | |
| CN110004459B (zh) | 一种驱动二氧化碳还原的异质结光阳极及其制备方法和应用 | |
| CN107130256B (zh) | 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用 | |
| CN108807015B (zh) | 一种电化学电容器电极片的原位制备方法及其应用 | |
| CN108842168B (zh) | 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极 | |
| CN108355688B (zh) | 一种光电催化水分解用BiVO4/Ag3PO4薄膜的制备方法 | |
| CN110882707A (zh) | 一种CoP/Si析氢催化材料及其制备方法 | |
| CN110592616A (zh) | 一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法 | |
| CN111809188B (zh) | 一种NH2-MIL-125/TiO2复合光阳极材料及其制备方法和应用 | |
| CN106783204B (zh) | 基于丝瓜络介孔碳材料的电化学超级电容器材料的制备方法 | |
| CN108179455A (zh) | 一种Cu2O纳米颗粒/TiO2纳米管阵列复合异质结薄膜的制备方法 | |
| CN108842158B (zh) | 一种用于光电催化氧析出的BiVO4-Al2O3-Ni4O4复合薄膜及其制备方法 | |
| CN111952606A (zh) | 一种Fe/HKUST-1催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111705333A (zh) | Ag-Pi/BiVO4异质结合成方法及其应用于光电解水 | |
| CN111509243A (zh) | 一种CNTs修饰的BiOCl/ZnO异质结纳米阵列光阳极在光催化燃料电池中的应用 | |
| CN111525142A (zh) | 一种用于光催化燃料电池的CNTs修饰的BiOCl/ZnO异质结纳米阵列光阳极 | |
| CN108565474B (zh) | 一种具有优异电催化氧还原性能的铁负载的氮掺杂多孔碳材料的合成方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |