CN114606501B - 一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用 - Google Patents
一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用，属于防腐材料技术领域，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料。本发明提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，进而实现金属的阴极保护。实施例的结果显示，本发明提供的复合光电极的开路电位达到‑545mV，与304不锈钢耦合后自腐蚀电位为‑402mV。
Description
技术领域
本发明涉及防腐材料技术领域，尤其涉及一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用。
背景技术
光电阴极保护技术采用半导体光电极作为吸光材料，利用光照下产生的光生电子来极化金属，从而避免金属材料在恶劣环境下腐蚀溶解，该技术采用太阳能作为能量输入，且保护过程不损耗半导体，是一种理想的金属腐蚀保护技术。
光电阴极保护技术应用的关键是找到合适的半导体材料，该半导体材料要求带隙窄、稳定、载流子分离效率高，但是目前使用的大部分半导体材料如TiO2、SrTiO3和ZnO等带隙较大，仅能吸收太阳能光谱中的紫外光部分，而这部分能量仅占整个太阳能光谱的3～5％，导致太阳能利用率低。
钒酸铋是一种三元光电极材料，其带隙仅为2.2eV，能够有效捕获太阳光，但是，由于其载流子复合速率过快，而界面空穴转移较慢，钒酸铋电极的光生阴极防腐性能极弱。
因此，如何提高钒酸铋的光生阴极防腐性能成为现有技术的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极及其制备方法和应用。本发明提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极具有优异的载流子分离和界面电荷转移效率，具有良好的光生阴极防腐性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
优选地，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为50～200nm。
优选地，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为500～1500nm。
本发明提供了上述技术方案所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；
(2)以所述步骤(1)得到的混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极；所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。
优选地，所述步骤(1)的混合溶液中乙酸钠的浓度为0.1～3mol/L，乙酸铁的浓度为0.1～1mol/L，次亚磷酸钠的浓度为0.1～1mol/L。
优选地，所述步骤(1)中乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1：(1～5)。
优选地，所述步骤(1)中混合溶液的pH值为5～7。
优选地，所述步骤(2)中三电极体系中的对电极为铂网电极，三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl电极。
优选地，所述步骤(2)中循环伏安电沉积的电位为-1.5～0V，循环伏安电沉积的循环段数为60～300，循环伏安电沉积的扫描速度为20～200mV/s。
本发明还提供了上述技术方案所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极或按照上述技术方案所述制备方法制备的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光生阴极防腐中的应用。
本发明提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。本发明提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，同时磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，进而实现金属的阴极保护。实施例的结果显示，本发明提供的复合光电极的开路电位达到-545mV，远大于钒酸铋电极的-362mV，与304不锈钢耦合后自腐蚀电位为-402mV，比单纯不锈钢的自腐蚀电位小32mV。
附图说明
图1为本发明实施例1中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极和钒酸铋电极在光照下的线性扫描伏安曲线图；
图2为本发明实施例2中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极、对比例1中的光电极和钒酸铋电极与304不锈钢耦合时在暗态和光照下的开路电位-时间曲线图；
图3为本发明实施例3中的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢耦合电极、钒酸铋电极与304不锈钢耦合电极和纯304不锈钢的塔菲尔极化曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
本发明提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极包括基底。本发明对所述基底的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的光电极用基底即可。在本发明中，所述基底优选为FTO导电玻璃。
本发明提供的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极还包括负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
在本发明中，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径优选为50～200nm，更优选为100～150nm；所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度优选为500～1500nm，更优选为600～1200nm，最优选为700～1000nm。在本发明中，所述钒酸铋是一种三元光电极材料，其带隙仅为2.2eV，能够有效捕获太阳光，含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，提高其防腐性能。本发明将氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径和氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度限定在上述范围内，能够进一步提高其防腐性能。
本发明提供的复合光电极中钒酸铋含有氧缺陷，能够利用氧空位改善钒酸铋电极的导电性，从而提升钒酸铋光生电荷在体相和表面的分离，同时磷化铁可以促进钒酸铋电极表面的载流子注入效率，大幅提升水氧化活性，氧缺陷和磷化铁之间具有协同作用，有助于提升光生电子的寿命和浓度，控制钒酸铋的粒径等参数，进一步实现金属的阴极保护。
本发明提供了上述技术方案所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；
(2)以所述步骤(1)得到的混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极；所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。
如无特殊说明，本发明对所述各组分的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液。
在本发明中，所述混合溶液中乙酸钠的浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～2.5mol/L，最优选为1～2mol/L。在本发明中，所述乙酸钠用作缓冲溶液，维持混合溶液pH值稳定。本发明将混合溶液中乙酸钠的浓度限定在上述范围内，能够使得混合溶液pH值保持稳定，确保电沉积效果，进一步提高产物的防腐性能。
在本发明中，所述混合溶液中乙酸铁的浓度优选为0.1～1mol/L，更优选为0.2～0.8mol/L，最优选为0.4～0.6mol/L。在本发明中，所述乙酸铁用于提供铁离子，以形成磷化铁。本发明将混合溶液中乙酸铁的浓度限定在上述范围内，能够使得沉积后的磷化铁具有较为适宜的厚度，进一步提高其防腐性能。
在本发明中，所述混合溶液中次亚磷酸钠的浓度优选为0.1～1mol/L，更优选为0.2～0.8mol/L，最优选为0.4～0.6mol/L。在本发明中，所述次亚磷酸钠用于提供磷元素，以形成磷化铁。本发明将混合溶液中次亚磷酸钠的浓度限定在上述范围内，能够使得电沉积具有较为适宜的沉积速率，保证沉积效果，进一步提高其防腐性能。
在本发明中，所述乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比优选为1：(1～5)，更优选为1：(1～4)，最优选为1：(2～3)。本发明将乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比限定在上述范围内，能够使得二者充分反应形成磷化铁。
在本发明中，所述混合溶液的pH值优选为5～7，更优选为5.5～6.5，最优选为6。本发明将混合溶液的pH值限定在上述范围内，能够保证电沉积的沉积效果，进一步提高产物的防腐性能。
本发明优选加入高氯酸以调节体系pH值。本发明对所述高氯酸的浓度和用量没有特殊的限定，保证调节后混合溶液的pH值在上述范围内即可。
得到混合溶液后，本发明以所述混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极。
在本发明中，所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。
在本发明中，所述工作电极中钒酸铋纳米颗粒层的厚度优选为500～1500nm，更优选为600～800nm。
在本发明中，所述工作电极的制备方法优选为：
a、采用浓度为68wt％的浓硝酸将浓度为0.45～0.55mol/L碘化钾水溶液的pH值调节至1.7，之后与硝酸铋混合，得到碘化钾-硝酸铋混合液；所述碘化钾-硝酸铋混合液中硝酸铋的浓度为0.05～0.07mol/L；
b、将对苯醌与乙醇混合，得到对苯醌溶液；所述对苯醌溶液中对苯醌的浓度为0.25～0.35mol/L；
c、将所述步骤a得到的碘化钾-硝酸铋混合液和所述步骤b得到的对苯醌溶液按照体积比为5：(1.8～2.2)混合，得到电解质溶液；
d、在所述步骤c得到的电解质溶液存在条件下，以基底为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂网为对电极，进行恒电位沉积，然后水洗，得到BiOI光电极；所述恒电位沉积的电位为-0.05～-0.2V，所述恒电位沉积的时间为3～10min；
e、将乙酰丙酮钒与二甲基亚砜混合，得到乙酰丙酮氧钒溶液；所述乙酰丙酮氧钒溶液的浓度为0.08～0.12mol/L；
f、将乙酰丙酮氧钒溶液滴涂在所述步骤d得到的BiOI光电极表面，滴涂量为100～120μL/cm2，之后在马弗炉中440～460℃进行煅烧1.5～2.5h，冷却后，将产物置于1mol/L的氢氧化钠溶液中，在室温条件下浸泡30min，得到BiVO4工作电极。
在本发明中，所述三电极体系中的对电极优选为铂网电极。
在本发明中，所述三电极体系中的参比电极优选为Ag/AgCl电极。
在本发明中，所述循环伏安电沉积的电位优选为-1.5～0V，更优选为-1～0V；所述循环伏安电沉积的循环段数优选为60～300，更优选为80～200，最优选为100～150；所述循环伏安电沉积的扫描速度优选为20～200mV/s，更优选为50～150mV/s，最优选为100mV/s。在本发明中，所述循环伏安电沉积过程中，在负向偏压作用下钒酸铋中的V5+还原为V4+，从而在钒酸铋表面引入大量氧空位，同时将电解质溶液中的乙酸铁和次亚磷酸根离子同步还原，生成Fe和P的合金，即磷化铁化合物。本发明将循环伏安电沉积的各参数限定在上述范围内，能够使得钒酸铋中含有较多的氧缺陷，并沉积适量的磷化铁，进一步提高复合光电极的防腐性能。
本发明制备方法仅需一步电沉积即可在钒酸铋表面同时引入氧空位和磷化铁，制备工艺简单，能耗低，控制各组分组成、用量、电沉积等工艺参数，调控氧空位和磷化铁的含量，进一步提高复合光电极的性能，且原料安全无毒，能够批量生产。
本发明还提供了上述技术方案所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极或按照上述技术方案所述制备方法制备的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光生阴极防腐中的应用。
在本发明中，所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光生阴极防腐中的应用优选为：
将所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极置于光阳极池内，将阴极金属材料置于腐蚀池内，所述光阳极池和腐蚀池通过盐桥相接；将氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与阴极金属材料通过导线连接，得到耦合电极；将所述耦合电极置于氙灯照射条件下。
在本发明中，所述阴极金属材料优选为不锈钢或金属铜。
在本发明中，所述光阳极池中的电解质优选为1mol/L的KHCO3溶液和/或1mol/L的Na2S；所述腐蚀池中的电解质优选为3.5wt％的NaCl溶液。
本发明将电解质的种类和浓度限定在上述范围内，提高电极导电性，进一步提高其防腐性能。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，由FTO导电玻璃基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料组成；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料由氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层组成；其中，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为150±20nm，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为1200nm；
制备方法为：(1)将碘化钾和超纯水混合，采用浓硝酸(浓度为68wt％)调节pH值为1.7，得到浓度为0.5mol/L的碘化钾水溶液；将硝酸铋与碘化钾水溶液混合，超声溶解，得到碘化钾-硝酸铋混合液，碘化钾-硝酸铋混合液中硝酸铋的浓度为0.06mol/L；
将对苯醌与乙醇混合，超声溶解，得到对苯醌溶液，对苯醌溶液中对苯醌的浓度为0.3mol/L；
将碘化钾-硝酸铋混合液和对苯醌溶液以5:2的体积比混合，搅拌均匀，以混合后的溶液为电解质溶液，采用FTO导电玻璃为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网为对电极，在电位为-0.1V的条件下电沉积5min，沉积结束后利用去离子水清洗去除表面杂质，得到BiOI光电极；
将乙酰丙酮钒与二甲基亚砜混合，得到浓度为0.1mol/L的乙酰丙酮氧钒溶液，用移液枪移取100μL所述乙酰丙酮氧钒溶液滴涂在BiOI光电极表面(乙酰丙酮氧钒溶液的滴涂量为100μL/cm2)，之后于马弗炉中450℃条件下煅烧2h，自然冷却至室温后取出所得光电极置于1mol/L的氢氧化钠溶液中，在室温(25℃)条件下浸泡30min，以去除残余的V2O5，得到BiVO4工作电极；
(2)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠与水混合，加入高氯酸调节溶液pH至6.5，得到混合溶液，混合溶液中乙酸钠的浓度为3mol L-1，乙酸铁的浓度为0.15mol L-1，次亚磷酸钠的浓度为0.3mol L-1(乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1:2)，以混合溶液作为支持电解质，以步骤(1)得到的BiVO4工作电极为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂网为对电极搭建三电极体系，设置电位范围为-1～0V、循环段数为80，扫描速度为150mV/s，进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极。
实施例2
本实施例中氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，由FTO导电玻璃基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料组成；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料由氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层组成；其中，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为150±20nm，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为1200nm；
制备方法为：(1)按照实施例1的方法制备得到BiVO4工作电极；
(2)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠与水混合，调节溶液pH至7，得到混合溶液，混合溶液中乙酸钠的浓度为3mol L-1，乙酸铁的浓度为0.15mol L-1，次亚磷酸钠的浓度为0.45mol L-1(乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1:3)，以混合溶液作为支持电解质，以步骤(1)得到的BiVO4工作电极为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂网为对电极搭建三电极体系，设置电位范围为-0.9～0V、循环段数为100，扫描速度为100mV/s，进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极。
实施例3
本实施例中氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，由FTO导电玻璃基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料组成；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料由氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层组成；其中，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为150±20nm，氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为1200nm；
制备方法为：(1)按照实施例1的方法制备得到BiVO4工作电极；
(2)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠与水混合，调节溶液pH至5.5，得到混合溶液，混合溶液中乙酸钠的浓度为1mol L-1，乙酸铁的浓度为0.2mol L-1，次亚磷酸钠的浓度为0.6mol L-1(乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1:3)，以混合溶液作为支持电解质，以步骤(1)得到的BiVO4工作电极为工作电极、Ag/AgCl电极为参比电极、铂网为对电极搭建三电极体系，设置电位范围为-1～0V、循环段数为120，扫描速度为150mV/s，进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极。
对比例1
将实施例2步骤(2)支持电解质中的乙酸铁和次亚磷酸钠省略，其他参数均与实施例2相同，得到氧缺陷钒酸铋光电极。
测试实施例1中氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极和不含氧缺陷钒酸铋电极在光照下的线性扫描伏安曲线，结果如图1所示，由图1可知，氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光照下的光电流密度较单独的钒酸铋有较大提高，注意到该实验是在正向偏压下进行，光生电子会被外电路抽出到对电极，观察的光电流来自于空穴氧化水，说明氧缺陷和磷化铁的引入能够很好的促进水氧化反应的发生，由此可知，氧缺陷和磷化铁的加入能够加速钒酸铋光电极的载流子分离和界面电荷转移效率的提升。
应用例1
将实施例2的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极、不含氧缺陷钒酸铋电极和氧缺陷钒酸铋电极置于光阳极池内，光阳极池中的电解质为1mol/L的KHCO3溶液；将304不锈钢置于腐蚀池内，腐蚀池中的电解质为3.5wt％的NaCl溶液；光阳极池和腐蚀池通过盐桥相接；将氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢通过导线连接，得到耦合电极；将耦合电极置于氙灯照射条件下。
分别测试氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢耦合电极、不含氧缺陷钒酸铋电极与304不锈钢耦合电极和氧缺陷钒酸铋电极与304不锈钢耦合电极在暗态和光照下的开路电位-时间曲线，结果如图2所示，由图2可知，当光照射的时候，耦合电极的开路电位负移，这是因为光照时光电极上产生的光生电子积累，然后转移至304不锈钢上。一般而言，产生的光生电子越多，开路电位负移越大，对被保护金属的保护能力越强。光照下，氧缺陷钒酸铋/磷化铁光电极的开路电位负移最多，达到-545mV，远大于钒酸铋电极的-362mV，说明氧缺陷钒酸铋/磷化铁光电极对304不锈钢有很强的腐蚀保护作用。另外，通过对比例1可知，运用电还原方法制备的氧缺陷钒酸铋在光照下的开路电位也比单纯的钒酸铋要负，进一步证实氧缺陷的引入能够提高钒酸铋电极的光生阴极保护能力。但是，氧缺陷钒酸铋光照下的开路电位负移低于氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，说明氧缺陷和磷化铁可以协同提高钒酸铋电极的光生阴极保护能力。
应用例2
将实施例3的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极、不含氧缺陷钒酸铋电极分别置于光阳极池内，光阳极池中的电解质为1mol/L的KHCO3溶液；将304不锈钢置于腐蚀池内，腐蚀池中的电解质为3.5wt％的NaCl溶液；光阳极池和腐蚀池通过盐桥相接；将氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢通过铜线连接，得到耦合电极；将耦合电极置于氙灯照射条件下。
分别测试氙灯照射下纯304不锈钢、氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极与304不锈钢耦合电极、不含氧缺陷钒酸铋电极与304不锈钢耦合电极的塔菲尔极化曲线，结果如图3所示。由图3可以看出，在氙灯光照下304不锈钢与氧缺陷钒酸铋/磷化铁耦合后自腐蚀电位负移至-402mV，比单纯的不锈钢在暗态下的自腐蚀电位小32mV，说明光照时氧缺陷钒酸铋/磷化铁上的光生电子可以转移至不锈钢基体上。另外，与钒酸铋耦合的304不锈钢腐蚀电位也存在负移，但仅负移8mV。一般而言，不锈钢上电子浓度越高，自腐蚀电位越负，光生阴极保护效果越好。因此，氧缺陷钒酸铋/磷化铁能够有效保护304不锈钢免遭环境的腐蚀，且较单纯的钒酸铋的保护能力有较大提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，包括基底和负载于所述基底表面的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料；所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合材料包括氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层和沉积于所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层表面的磷化铁纳米粒子层。
2.根据权利要求1所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，其特征在于，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层中氧缺陷钒酸铋纳米颗粒的粒径为50～200nm。
3.根据权利要求1所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极，其特征在于，所述氧缺陷钒酸铋纳米颗粒层的厚度为500～1500nm。
4.权利要求1～3任意一项所述氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乙酸钠、乙酸铁、次亚磷酸钠和水混合后调节pH值，得到混合溶液；
(2)以所述步骤(1)得到的混合溶液作为支持电解质搭建三电极体系，然后进行循环伏安电沉积，得到氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极；所述三电极体系的工作电极包括基底和负载于所述基底表面的钒酸铋纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的混合溶液中乙酸钠的浓度为0.1～3mol/L，乙酸铁的浓度为0.1～1mol/L，次亚磷酸钠的浓度为0.1～1mol/L。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中乙酸铁和次亚磷酸钠的物质的量之比为1：(1～5)。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合溶液的pH值为5～7。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中三电极体系中的对电极为铂网电极，三电极体系中的参比电极为Ag/AgCl电极。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中循环伏安电沉积的电位为-1.5～0V，循环伏安电沉积的循环段数为60～300，循环伏安电沉积的扫描速度为20～200mV/s。
10.权利要求1～3任意一项所述的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极或按照权利要求4～9任意一项所述制备方法制备的氧缺陷钒酸铋/磷化铁复合光电极在光生阴极防腐中的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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