CN112408556A - 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法 - Google Patents

一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112408556A
CN112408556A CN202011338067.8A CN202011338067A CN112408556A CN 112408556 A CN112408556 A CN 112408556A CN 202011338067 A CN202011338067 A CN 202011338067A CN 112408556 A CN112408556 A CN 112408556A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth
tungsten
dispersed
built
electric field
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.)
Granted
Application number
CN202011338067.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112408556B (zh
Inventor
范晓莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202011338067.8A priority Critical patent/CN112408556B/zh
Publication of CN112408556A publication Critical patent/CN112408556A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112408556B publication Critical patent/CN112408556B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • 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)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。本发明还公开了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，本发明先在导电玻璃表面生长垂直的单斜相三氧化钨纳米片阵列光电极，随后制备钒酸铋纳米颗粒胶体，将单斜相三氧化钨纳米片和钒酸铋纳米颗粒胶体经溶剂热制得钨铋基阵列光电极；本发明的钒酸铋纳米颗粒均匀分散于单斜相三氧化钨纳米片表面，能够有效地加速表面水氧化动力学，从而有效提升光电转化效率，在光电催化氧化领域具有广阔的应用前景。

Description

一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法，属于分散型内建电池阵列技术领域。
背景技术
WO3禁带宽度使其能够对可见光响应，但较大的带隙仍导致对可见光的利用率有限，理论STH效率约为4.5％。同时，WO3具有优良的电荷输运特性，其电子迁移率较高(10cm2V-1s-1)，电子扩散长度约为500nm，空穴扩散距离约150nm，在载流子传导方面相比其他常见半导体中具有明显优势。因此，非常适合作为载流子传导层，与适当的半导体构建异质结结构形成内建电场促进性能提升。
构建Ⅱ型异质结，能够结合半导体的优点，促使光生载流子在界面上的定向迁移，提高分离效率，是改善半导体电极光电催化性能的一种有效的途径。一般来说，WO3的导带边能量约为ECB＝+0.41VRHE，BiVO4的导带边约位于ECB＝+0.02VRHE，具有相匹配的能带结构，能够允许电子从BiVO4的导带向WO3注入。因此，构建WO3/BiVO4复合结构，能够综合WO3和BiVO4的优点：BiVO4作为主要的可见光吸收体，WO3作为电子导体，既能拓宽光响应范围，有利于提高光吸收，又能促进电荷有效分离。
优化BiVO4层的结构和分布，对于提高WO3/BiVO4内建电场具有重要意义。目前WO3/BiVO4的结构主要包括以下两种：(1)平面电极叠层结构，可以简易地通过复合两层不同的薄膜得到，但平面电极限制了有效的异质结面积；(2)核壳结构和同轴结构，显著提高了有效异质结面积，但内层半导体产生的空穴只有通过异质结传到表层半导体中，才能发生反应，容易引起内层半导体中发生光生电荷积累。
上面两种异质结结构都不利于实现内建电场的高效性。因此，亟需一种利于实现内建电场高效性，具有更加优异的光电催化性能的用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，该阵列的结构包括两个特征，垂直导电玻璃的单斜相三氧化钨纳米片阵列和表面分散型的钒酸铋纳米颗粒。垂直的阵列极大地利于光电流的传递和电解液的扩散，表面分散型纳米结构具有较大有效异质结面积，同时，能保证两种半导体都能接受光照，参与表面反应，从而有潜力得到具有更优异的光电催化性能的异质结结构。
同时，本发明提供一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，该法制备得到一种可见光光电水氧化电流密度大，过电势低的分散型内建电场钨铋基阵列。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。
所述导电玻璃包括FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，包括以下步骤：
S01，在导电玻璃表面制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：
a，制备钨源前驱液：将钨酸钠和草酸溶于水中形成无色透明溶液，再加入浓盐酸作为晶面控制剂，获得钨源前驱液；
b，制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将步骤a制备得到的钨源前驱液转移至反应釜中，再将导电玻璃浸没于钨源前驱液中，导电玻璃的导电面朝下，通过水热反应及Cl离子的晶面诱导生长效应，再经高温煅烧处理得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列；
S02，在垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片表面制备分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒：
c，制备铋钒胶体溶液：将硝酸铋溶于乙二醇中得到无色透明溶液，随后加入等摩尔质量的钒酸铵，利用铵的络合能力使得铋钒离子形成络合物胶体，即形成均匀的黄色胶体溶液，获得铋钒胶体溶液；
d，制备分散型内建电场钨铋基阵列：将步骤c制备得到的铋钒胶体溶液移至反应釜中，再将步骤b中长有垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的导电玻璃浸没于铋钒胶体溶液中，长有垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的一面朝下，通过乙二醇的溶剂热反应再经高温煅烧处理得到表面长有分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒的内建电场钨铋基阵列。
所述钨源前驱液中，所述钨酸钠的浓度为10～80mmol/L；所述草酸浓度为20～160mmol/L，所述浓盐酸的质量分数为37％，所述浓盐酸的加入量占钨源前驱液体积的0.5～4％。
所述水热反应的条件为：在温度为120～180℃下保温2～8小时，然后自然冷却至室温。
步骤b中，所述高温煅烧处理的方法为：在450～550℃温度下热处理1～4小时
所述硝酸铋的浓度为5～20mmol/L；所述钒酸铵浓度为5～20mmol/L。
所述溶剂热反应的条件为：在温度为140～200℃下保温2～8小时，然后自然冷却至室温。
步骤d中，所述高温煅烧处理的方法为：在400～550℃温度下热处理1～4小时。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明利用WO3和BiVO4构建由垂直生长的表面分散型异质结构建的内建电场，可以有效地促进光电流的传递和电解液的扩散，加速表面水氧化动力学并且降低反应过电势，从而提升其光电催化性能。
2.本发明通过水热时的Cl离子控制WO3晶体的生长方向，得到了垂直于导电玻璃的、性能优异的WO3纳米片阵列；随后通过铵的络合作用，经溶剂热过程在WO3纳米片阵列表面负载了均匀分散型的BiVO4纳米颗粒，获得分散型内建电场钨铋基阵列。这种表面分散型结构具有较大有效异质结面积，同时，能保证两种半导体都能接受光照，参与表面反应，得到更优异的光电催化性能。
附图说明
图1为本发明制备的钨铋基阵列正面的扫描电子显微镜图；其中，(a)实施例1；(b)实施例2；(c)实施例3；
图2为本发明制备的钨铋基阵列横截面的扫描电子显微镜图和元素分布图；
图3为本发明制备的三氧化钨阵列和钨铋基阵列的X射线衍射谱图；
图4为本发明制备的各类阵列的光电流对比曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在FTO导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备钨源前驱液：称取钨酸钠和草酸溶于去离子水中，通过磁力搅拌至全部溶解形成无色透明溶液，配制溶液中钨酸钠和草酸的浓度分别为10和20mmol/L；量取0.5mL浓盐酸，加入至上述溶液中提供Cl离子。
(2)制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将FTO导电玻璃(1cm×3cm)置于反应釜中，并使其导电面朝下，加入上述钨源前驱液10mL，拧紧反应釜，置于150℃烘箱中水热反应，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，取出FTO导电玻璃，在表面得到黄色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。将得到的WO3薄膜电极放入瓷舟，置于马弗炉中在空气氛围中进行煅烧，在500℃温度下热处理2小时，得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片。
(3)制备铋钒胶体溶液：称取Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到5mmol/L硝酸铋乙二醇溶液。随后加入等摩尔质量的NH4VO3(乙二醇中钒酸铵浓度为5mmol/L)，加速搅拌形成均匀的黄色铋钒胶体溶液。
(4)制备分散型内建电场钨铋基阵列：取制备好的垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的FTO导电玻璃置于反应釜中，含三氧化钨的一面朝下。加入铋钒胶体溶液，拧紧反应釜，置于160℃烘箱中，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，得到灰棕色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。最后，将薄膜置于马弗炉中，在空气氛围中进行煅烧，煅烧条件为500℃热处理2小时，得到黄色的钨铋基阵列。
实施例2：
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备钨源前驱液：称取钨酸钠和草酸溶于去离子水中，通过磁力搅拌至全部溶解形成无色透明溶液，配置溶液中钨酸钠和草酸的浓度分别为50和100mmol/L。量取0.5mL浓盐酸，加入至上述溶液中提供Cl离子。
(2)制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将FTO导电玻璃(1cm×3cm)置于反应釜中，并使其导电面朝下，加入上述钨源前驱液10mL，拧紧反应釜，置于150℃烘箱中水热反应，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，取出FTO导电玻璃，在表面得到黄色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。将得到的WO3薄膜电极放入瓷舟，置于马弗炉中在空气氛围中进行煅烧，在500℃温度下热处理2小时，得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片。
(3)制备铋钒胶体溶液：称取Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到10mmol/L硝酸铋乙二醇溶液。随后加入等摩尔质量的NH4VO3(乙二醇中钒酸铵浓度为10mmol/L)，加速搅拌形成均匀的黄色铋钒胶体溶液。
(4)制备分散型内建电场钨铋基阵列：取制备好的垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的FTO导电玻璃置于反应釜中，含三氧化钨的一面朝下。加入铋钒胶体溶液，拧紧反应釜，置于160℃烘箱中，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，得到灰棕色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。最后，将薄膜置于马弗炉中，在空气氛围中进行煅烧，煅烧条件为500℃热处理2小时，得到黄色的钨铋基阵列。
实施例3：
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备钨源前驱液：称取钨酸钠和草酸溶于去离子水中，通过磁力搅拌至全部溶解形成无色透明溶液，配置溶液中钨酸钠和草酸的浓度分别为80和160mmol/L。量取0.5mL浓盐酸，加入至上述溶液中提供Cl离子。
(2)制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将FTO导电玻璃(1cm×3cm)置于反应釜中，并使其导电面朝下，加入上述钨源前驱液10mL，拧紧反应釜，置于150℃烘箱中水热反应，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，取出FTO导电玻璃，在表面得到黄色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。将得到的WO3薄膜电极放入瓷舟，置于马弗炉中在空气氛围中进行煅烧，在500℃温度下热处理2小时，得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片。
(3)制备铋钒胶体溶液：称取Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到20mmol/L硝酸铋乙二醇溶液。随后加入等摩尔质量的NH4VO3(乙二醇中钒酸铵浓度为20mmol/L)，加速搅拌形成均匀的黄色铋钒胶体溶液。
(4)制备分散型内建电场钨铋基阵列：取制备好的垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的FTO导电玻璃置于反应釜中，含三氧化钨的一面朝下。加入铋钒胶体溶液，拧紧反应釜，置于160℃烘箱中，保温4小时。待反应釜自然冷却至室温，得到灰棕色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。最后，将薄膜置于马弗炉中，在空气氛围中进行煅烧，煅烧条件为500℃热处理2小时，得到黄色的钨铋基阵列。
结构表征：
将本发明制备分散型内建电场钨铋基阵列进行结构表征，获得结果如图所示。
图1为制备的钨铋基阵列正面的扫描电子显微镜图。
图1(a1)为在钨酸钠和草酸的浓度分别为10和20mmol/L时，垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片，图1(a2)为铋钒胶体溶液浓度为5mM时得到的垂直于FTO导电玻璃的钨铋基阵列图(实施例1)，经过溶剂热反应，WO3的纳米片结构依然保持，从更大倍率的SEM图可以看到，在WO3纳米片上出现粒径约为20nm的BiVO4纳米颗粒，均匀附着在WO3纳米片上。
从图1(b1)可以看到，钨酸钠和草酸的浓度分别为50和100mmol/L时，垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片，从图1(b2)可以看到，当铋钒胶体溶液反应浓度为10mM时，随着反应浓度增大，BiVO4在WO3纳米片表面的分布更明显，钨铋基阵列(实施例2)中，BiVO4纳米颗粒增大，尺寸约为50nm，均匀的在整个WO3纳米片阵列表面生长，BiVO4颗粒与WO3纳米片之间具有良好的接触。这种在WO3纳米片表面生长BiVO4颗粒的形貌，有利于扩大界面面积，增加反应活性位点。
从图1(c1)可以看到，钨酸钠和草酸的浓度分别为80和160mmol/L时，垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片，从图1(c2)可以看到，继续增加铋钒胶体溶液反应浓度至20mM时，钨铋基阵列(实施例3)中不仅被均匀的BiVO4纳米颗粒覆盖，而且在一些区域中出现明显的纳米颗粒的聚集，甚至出现尺寸约1μm的BiVO4大颗粒。
图2为(实施例2)的横截面扫描电镜图和元素分布图，从图2中可以看出，WO3纳米钨铋基阵列直接生长在导电玻璃上，WO3纳米钨铋基阵列与导电玻璃基底具有良好的接触，为电子的传导提供了直接的通道，厚度约为3.2μm，与WO3阵列的厚度相当。从元素分布图可以看到，Sn的分布与导电玻璃基底的位置一致，Bi、V、W和O元素都是均匀分布在整个截面，说明BiVO4颗粒均匀的负载在整个纵向的WO3纳米片上。
图3为三氧化钨阵列和钨铋基阵列的X射线衍射谱图，黑色圆点对应来自FTO基底中SnO2的衍射峰(JCPDS 46-1088)。对比WO3阵列和钨铋基阵列的XRD谱可以发现，钨铋基阵列依然显示有强的WO3衍射峰，同时，在18.7°、19.0°、28.6°、28.8°、28.9°和30.5°的位置出现新的衍射峰，且随着BiVO4前驱液的浓度增大，峰强呈现逐渐增加的趋势，证明了白钨矿BiVO4的存在(JCPDS编号14-0688)，衍射峰分别对应BiVO4的(110)、(011)、(-130)、(-121)、(121)和(040)晶面。
性能检测：光电流
对本发明制备的分散型内建电场钨铋基阵列进行光电流性能测试，测试方法包括如下步骤：
测试仪器为Zahner电化学工作站，使用三电极体系，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，制备得到的阵列作为工作电极，使用电解液为0.2mol/L的pH＝7的磷酸缓冲液。同时使用300W氙灯外加AM 1.5G滤光片提供光照。测试方法为线性扫描伏安法，扫描区间为0.4-2.0V(vs.RHE)。
通过图4可知，与纯三氧化钨阵列(即图4中的暗态曲线)相比，经过分散型钒酸铋修饰后的内建电场钨铋基阵列具有更高的水氧化光电流密度及更低的析氧起始电位，这分散型异质结的内建电场能够有效地提升表面水氧化动力学，提升光电转化效率。
通过上述实施例可知，本发明的分散型内建电场钨铋基阵列水氧化光电流密度大，析氧起始电位低，同时制备方法简单，成本低。
本发明公开了一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，该复合阵列包括FTO导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于其表面的白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。本发明的方法为先再FTO导电玻璃表面生长垂直的单斜相三氧化钨纳米片阵列光电极，随后制备钒酸铋纳米颗粒胶体，将单斜相三氧化钨纳米片和钒酸铋纳米颗粒胶体经溶剂热制得钨铋基阵列光电极；本发明钒酸铋纳米颗粒均匀分散于单斜相三氧化钨纳米片表面能够有效地加速表面水氧化动力学，从而有效提升光电转化效率，在光电催化氧化领域具有广阔的应用前景。
实施例4：
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，包括在ITO导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。
一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备钨源前驱液：称取钨酸钠和草酸溶于去离子水中，通过磁力搅拌至全部溶解形成无色透明溶液，配制溶液中钨酸钠和草酸的浓度分别为20和140mmol/L；量取4mL浓盐酸，加入至上述溶液中提供Cl离子，配制完成后，共获得100mL钨源前驱液。
(2)制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将ITO导电玻璃(1cm×3cm)置于反应釜中，并使其导电面朝下，加入上述钨源前驱液10mL，拧紧反应釜，置于120℃烘箱中水热反应，保温2小时。待反应釜自然冷却至室温，取出ITO导电玻璃，在表面得到黄色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。将得到的WO3薄膜电极放入瓷舟，置于马弗炉中在空气氛围中进行煅烧，在450℃温度下热处理1小时，得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片。
(3)制备铋钒胶体溶液：称取Bi(NO3)3·5H2O溶于乙二醇中，搅拌至完全溶解，得到15mmol/L硝酸铋乙二醇溶液。随后加入等摩尔质量的NH4VO3(乙二醇中钒酸铵浓度为15mmol/L)，加速搅拌形成均匀的黄色铋钒胶体溶液。
(4)制备分散型内建电场钨铋基阵列：取制备好的垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的ITO导电玻璃置于反应釜中，含三氧化钨的一面朝下。加入铋钒胶体溶液，拧紧反应釜，置于200℃烘箱中，保温8小时。待反应釜自然冷却至室温，得到灰棕色的薄膜，用蒸馏水充分冲洗后至于60℃烘箱干燥。最后，将薄膜置于马弗炉中，在空气氛围中进行煅烧，煅烧条件为550℃热处理1小时，得到黄色的钨铋基阵列。
实施例5：
本实施例与实施例4的区别仅在于：水热反应的条件为：在温度为180℃下保温8小时；高温煅烧处理的方法为：在550℃温度下热处理4小时。
所述溶剂热反应的条件为：在温度为140℃下保温2小时；高温煅烧处理的方法为：在400℃温度下热处理4小时。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，其特征在于：包括在导电玻璃表面垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列，以及负载于三氧化钨纳米片表面的分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列，其特征在于：所述导电玻璃包括FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，在导电玻璃表面制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：
a，制备钨源前驱液：将钨酸钠和草酸溶于水中形成无色透明溶液，再加入浓盐酸作为晶面控制剂，获得钨源前驱液；
b，制备垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列：将步骤a制备得到的钨源前驱液转移至反应釜中，再将导电玻璃浸没于钨源前驱液中，导电玻璃的导电面朝下，通过水热反应及Cl离子的晶面诱导生长效应，再经高温煅烧处理得到垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片阵列；
S02，在垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片表面制备分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒：
c，制备铋钒胶体溶液：将硝酸铋溶于乙二醇中得到无色透明溶液，随后加入等摩尔质量的钒酸铵，利用铵的络合能力使得铋钒离子形成络合物胶体，即形成均匀的黄色胶体溶液，获得铋钒胶体溶液；
d，制备分散型内建电场钨铋基阵列：将步骤c制备得到的铋钒胶体溶液移至反应釜中，再将步骤b中长有垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的导电玻璃浸没于铋钒胶体溶液中，长有垂直生长的单斜相三氧化钨纳米片的一面朝下，通过乙二醇的溶剂热反应再经高温煅烧处理得到表面长有分散型白钨矿型钒酸铋纳米颗粒的内建电场钨铋基阵列。
4.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：所述钨源前驱液中，所述钨酸钠的浓度为10～80mmol/L；所述草酸浓度为20～160mmol/L，所述浓盐酸的质量分数为37％，所述浓盐酸的加入量占钨源前驱液体积的0.5～4％。
5.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：所述水热反应的条件为：在温度为120～180℃下保温2～8小时，然后自然冷却至室温。
6.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述高温煅烧处理的方法为：在450～550℃温度下热处理1～4小时。
7.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：所述硝酸铋的浓度为5～20mmol/L；所述钒酸铵浓度为5～20mmol/L。
8.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应的条件为：在温度为140～200℃下保温2～8小时，然后自然冷却至室温。
9.根据权利要求3所述的一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列的制备方法，其特征在于：步骤d中，所述高温煅烧处理的方法为：在400～550℃温度下热处理1～4小时。
CN202011338067.8A 2020-11-25 2020-11-25 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法 Active CN112408556B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011338067.8A CN112408556B (zh) 2020-11-25 2020-11-25 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011338067.8A CN112408556B (zh) 2020-11-25 2020-11-25 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112408556A true CN112408556A (zh) 2021-02-26
CN112408556B CN112408556B (zh) 2022-11-15

Family

ID=74842094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011338067.8A Active CN112408556B (zh) 2020-11-25 2020-11-25 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112408556B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115672307A (zh) * 2022-09-29 2023-02-03 上海第二工业大学 一种在fto上生长的氧化钨基光电催化材料、制备方法及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN106745474A (zh) * 2017-01-20 2017-05-31 上海交通大学 可见光响应的三氧化钨‑钒酸铋异质结薄膜电极制备方法
CN107032399A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用
CN107185522A (zh) * 2017-05-26 2017-09-22 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种单斜晶型氧化钨复合钒酸铋高性能光催化材料及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN106745474A (zh) * 2017-01-20 2017-05-31 上海交通大学 可见光响应的三氧化钨‑钒酸铋异质结薄膜电极制备方法
CN107032399A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种单斜白钨矿晶型钒酸铋纳米片及其制备方法和应用
CN107185522A (zh) * 2017-05-26 2017-09-22 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种单斜晶型氧化钨复合钒酸铋高性能光催化材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VIJAY S. KUMBHAR 等: "Interfacial growth of the optimal BiVO4 nanoparticles onto self-assembled WO3 nanoplates for efficient photoelectrochemical water splitting", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115672307A (zh) * 2022-09-29 2023-02-03 上海第二工业大学 一种在fto上生长的氧化钨基光电催化材料、制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112408556B (zh) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Influence of nitrogen dopants on N-doped TiO2 electrodes and their applications in dye-sensitized solar cells
Suresh et al. Metal-free low-cost organic dye-sensitized ZnO-nanorod photoanode for solid-state solar cell
Bo et al. Preparation and electrochromic performance of NiO/TiO2 nanorod composite film
CN108579765B (zh) 硫化铜/钒酸铋双层膜复合材料的制备及作为光电阳极的应用
CN101777429A (zh) 基于石墨烯的染料敏化太阳能电池复合光阳极及制备方法
CN108597886B (zh) 一种用于改性氧化铁光阳极的有机溶液及其应用
Yan et al. Heterostructured CoO/3D-TiO 2 nanorod arrays for photoelectrochemical water splitting hydrogen production
CN108611653B (zh) 一种负载磁性纳米粒子的钒酸铋复合材料及其制备和应用
Lai et al. A tandem photoelectrochemical water splitting cell consisting of CuBi 2 O 4 and BiVO 4 synthesized from a single Bi 4 O 5 I 2 nanosheet template
Rafieh et al. Effects of ionic radii of co-dopants (Mg, Ca, Al and La) in TiO2 on performance of dye-sensitized solar cells
CN103560014B (zh) 染料敏化电池用对电极、其制备方法及染料敏化电池
CN103700508B (zh) 染料敏化太阳电池用钙钛矿氧化物对电极材料
Arunachalam et al. Unique photoelectrochemical behavior of TiO2 nanorods wrapped with novel titanium Oxy-Nitride (TiOxNy) nanoparticles
CN112408556B (zh) 一种用于水氧化的分散型内建电场钨铋基阵列及其制备方法
Rajavedhanayagam et al. Cu2NiSnS4/graphene nanohybrid as a newer counter electrode to boost-up the photoconversion efficiency of dye sensitized solar cell
CN108686645A (zh) 一种TiO2/BiVO4异质结复合材料的制备方法和应用
Long et al. The enhanced water splitting activity of a ZnO-based photoanode by modification with self-doped lanthanum ferrite
Wang et al. Application of ZIF-67 based nitrogen-rich carbon frame with embedded Cu and Co bimetallic particles in QDSSCs
Costa et al. Transition metal tungstates A WO4 (A 2+= Fe, Co, Ni, and Cu) thin films and their photoelectrochemical behavior as photoanode for photocatalytic applications
CN112713280A (zh) 一种贵金属铂基氧化还原催化剂载体的制备方法
Song et al. Bi 3 TaO 7 film: a promising photoelectrode for photoelectrochemical water splitting
CN112397732A (zh) 一种orr催化剂材料及其制备方法和用途
Xiang et al. Seed layer-assisted growth of branched Bi 2 S 3 nanostructure on α-Fe 2 O 3 thin film for improved photoelectrochemical performance
Yoon et al. Type-II BiVO 4/Ni 3 (hexahydroxytriphenylene) 2 heterojunction photoanodes for effective photoelectrochemical reaction
CN109518213B (zh) 一种NiB助剂改性的钒酸铋纳米多孔薄膜电极及其制备方法和应用

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