CN115010173A - 一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用，属于光电催化技术领域，解决了现有单斜白钨矿型钒酸铋半导体材料只能作为光阳极材料的技术问题。本发明公开的制备方法：首先将导电基底进行预处理，提高其润湿性，将可溶性铋盐和可溶性钒盐分别配成溶液进行水热反应，将在导电基底上形成的薄膜进行激光烧结，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。本发明制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜具有p型导电性，且具有一定的晶面取向性，在自然光照射下可实现分解水制取氢气，在光催化领域具有广阔的应用前景。

Description

一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于光电催化技术领域，具体涉及一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日趋严重，人类对清洁能源的需求日益迫切。半导体光电催化分解水制氢技术可将低能量密度的太阳能转化为高能量密度且易于存储和运输的清洁能源——氢能，是一种便捷、高效利用太阳能的理想途径，因而受到世界各国的广泛关注。由于在光电催化分解水制氢过程中，析氢反应发生在光阴极表面，因此，光阴极的光电性能直接影响光电化学分解水制氢体系的析氢效率。为了获得优异的光-氢气转换效率，发展兼具高光电催化活性和高稳定性的光阴极材料至关重要。
目前，具有高光电催化活性的光阴极主要包括Si、III-V族、CuIn1-xGax(S/Se)2等p型半导体材料，但上述材料因自身的氧化还原电位窗口位于其带隙之内，导致在光电化学分解水制氢反应过程中易与光生电子/空穴发生氧化还原反应而普遍存在稳定性差的问题。已有研究者模拟计算表明，金属氧化物半导体材料中的本征缺陷和掺杂离子可调控其导电类型，例如，氧空位缺陷在金属氧化物半导体材料中可形成n型施主能级，而金属空位缺陷可形成p型受主能级。因此，在n型金属氧化物半导体材料中引入适量的金属空位缺陷理论上可将其转变成p型半导体材料。目前国内外对该领域的研究仅有少量报道。例如，邹吉军等在ZnO中引入7.5mol％的Zn空位缺陷，成功将n型ZnO转换成p型ZnO；随后，该团队采用类似的方法在TiO2中引入9.5mol％的Ti空位缺陷，也可将n型TiO2转变成p型TiO2。但是，由于ZnO和TiO2的带隙较大，约为3.2eV，仅能吸收占太阳光谱4％的紫外光，无法获得较高的光电催化性能。
单斜白钨矿型钒酸铋(BiVO4)是带隙仅为2.4eV的n型半导体材料，具有较长的空穴扩散距离和较高的载流子迁移率，理论光电流密度为7.5mAcm–2，对应的理论光电转换效率可达9.2％。特别指出的是，BiVO4在水溶液中具有良好的光电稳定性和可见光催化活性，因而在光电化学分解水制氢领域受到了广泛的关注。但是，由于BiVO4是一种n型半导体材料，目前的研究仅作为光阳极材料，经过多年的发展，其光电流密度已达6.22mAcm–2。鉴于n型BiVO4的优异光电性能，研究如何制备出具有p型导电性能的单斜白钨矿型BiVO4光阴极，对推动光电催化分解水制氢领域的发展具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜及其制备方法和应用，用以解决现有单斜白钨矿型钒酸铋半导体材料只能作为光阳极材料的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将导电基底进行清洗，随后进行预处理，得到预处理基底；
S2：将可溶性铋盐、可溶性钒盐和醋酸溶液混合，得到混合溶液A；
S3：将可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐和醋酸溶液混合，得到混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在容器中混合，再将预处理基底的导电面朝下置于容器中，混合溶液A和混合溶液B进行反应后，在预处理基底表面形成含甲胺阳离子或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺阳离子或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
进一步地，S1中，所述预处理是在紫外-臭氧联合清洗机种进行，所述紫外-臭氧联合清洗机的功率为40～120W，预处理的时间为3～5min；所述导电基底为FTO、ITO或金属导电基底。
进一步地，S2中，所述可溶性铋盐为可溶于醋酸溶液的铋盐，所述可溶性铋盐在混合溶液A中的浓度为0.1～0.5mmol/L；所述可溶性钒盐为可溶于醋酸溶液的钒盐，所述可溶性钒盐在混合溶液A中的浓度为0.1～0.5mmol/L。
进一步地，S3中，可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐为可溶于醋酸溶液中的甲胺盐或乙胺盐，所述可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐在混合溶液B中的浓度为0.05～0.2mmol/L。
进一步地，所述可溶性铋盐为硝酸铋、氢氧化铋或醋酸铋；所述可溶性钒盐为五氧化二钒、偏钒酸铵或偏钒酸钠；所述可溶性甲胺或乙胺盐为醋酸甲胺或醋酸乙胺。
进一步地，S4中，将混合溶液A和混合溶液B放置在水热釜中混合，再将预处理基底的导电面朝下置于水热釜中，混合溶液A和混合溶液B在水热釜中进行水热反应；所述水热釜中的气氛为氩气或氮气，所述水热反应的温度为150～220℃，水热反应的时间为4～24h。
进一步地，S5中，所述激光烧结处理的气氛为空气或氧气，激光烧结处理的温度为450～1000℃，激光烧结处理的升温速度为20～60℃/s，激光烧结处理的保温时间为3～30min。
进一步地，所述醋酸溶液的浓度为6～10mol/L。
本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
本发明还公开了上述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的应用，所述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜作为光电催化分解水制氢反应中的阴极材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，所述制备方法首先将导电基底进行预处理，随后放置在何有混合溶液A和B的容器中进行反应得到含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜，随后进行快速激光烧结处理得到单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜；所述制备方法采用水热法和激光烧结法首次合成了具有p型导电性的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜，该方法过程简单，所用原材料价格低，制备过程重复性高、可控性好，合成条件易于控制，具有很强的操作性和实用性，适合规模化生产。
进一步地，在紫外-臭氧联合清洗机进行预处理，提高润湿性，选用紫外-臭氧联合清洗机的功率为40～120W，预处理时间为3～5min，因为功率过高会损坏导电基底，功率过低则无法达到提高导电基底亲水性的目的；处理时间过短则无法有效提高导电基底的亲水性，处理时间过长则导致导电基底的电阻升高，不利于光电催化过程光生电荷载流子的传输。
进一步地，所述可溶性铋盐和可溶性钒盐的浓度相同，且浓度为0.1～0.5mmol/L对钒酸铋薄膜的成功生长至关重要，浓度过高则薄膜生长速度过快，不易控制薄膜厚度；浓度过低则薄膜生长速度过慢，形成薄膜缺陷较多，且厚度太薄。因此，浓度过高或过低都不能得到厚度为300nm左右的钒酸铋薄膜；醋酸的浓度为6～10mol/L是为了保证溶解所有的铋和钒盐，醋酸浓度过低则则无法溶解所有的铋和钒盐，过高则钒酸铋薄膜无法结晶析出；甲胺或乙胺盐的浓度为0.05～0.2mmol/L，对形成含甲胺或乙胺有机阳离子的钒酸铋前驱体薄膜至关重要。浓度过低则甲胺或乙胺阳离子无法进入钒酸铋的晶格，浓度过高则无法保持稳定的钒酸铋晶体结构。
进一步地，水热釜中的气氛为氩气或氮气，是为了防止水热反应过程中甲胺或乙胺阳离子被氧气氧化变质，无法得到目标产物；水热反应的温度为150～220℃，如果温度低于150℃则无法形成钒酸铋薄膜，如果温度高于220℃则水热釜的聚四氟乙烯内衬开始变质分解，无法得到目标产物；水热反应的时间为4～24h，反应时间过短则无法得到钒酸铋薄膜，反应时间过长则甲胺或乙胺阳离子易于从钒酸铋晶格中析出，无法成功获得铋空位缺陷的p型钒酸铋薄膜。
进一步地，激光烧结的气氛为空气或氧气，氧化性气氛对去除钒酸铋前驱体薄膜中的甲胺或乙胺阳离子至关重要，从而确保形成铋空位缺陷的p型钒酸铋薄膜；激光烧结处理的温度为450～1000℃对形成高光电催化活性钒酸铋薄膜至关重要，温度过低则无法得到结晶度高的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜，温度过高则薄膜中的钒容易挥发损失，导致光电催化性能不理想；升温速度为20～60℃/s，保温时间为3～30min对成功获得p型导电性的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜至关重要，保温过短则无法得到结晶度高的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜，保温过长则严重降低导电基底的电导率，不利于光生电荷的传输。
本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜，根据相关实验结果表明，所述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜含有铋空位浓度为3～30at％，具有p型导电性，且形貌新颖、单一，微观形貌重复性好，并且结晶性好、稳定性良好，具有广阔的应用前景。
本发明还公开了上述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的应用，所述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜由于具有p型导电性，可作为光阴极用于光电催化分解水制氢，作为光阴极在不加外电压的情况下可实现光分解水产氢，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的扫描电镜图；
图4为本发明实施例1～3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的X射线衍射图；
图5为本发明实施例1～3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的莫特肖脱基曲线图；
图6为本发明实施例3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的光催化制氢图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将FTO导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为40W，预处理时间为5min，得到预处理基底；
S2：将0.485g Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL 6mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.091g的五氧化二钒，得到混合溶液A；
S3：将9.1mg醋酸甲胺溶于5mL 6mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为30mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氩气，随后置于预热150℃的烘箱，保温反应24h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为60℃/s，激光烧结温度为450℃，时间为30min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
实施例2
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将FTO导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为120W，预处理时间为3min，得到预处理基底；
S2：将0.485g Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL 6mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.091g的五氧化二钒，得到混合溶液A；
S3：将27.3mg醋酸甲胺溶于5mL 6mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为30mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氩气，随后置于预热220℃的烘箱，保温反应4h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为20℃/s，激光烧结温度为1000℃，时间为3min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
实施例3
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将FTO导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为80W，预处理时间为4min，得到预处理基底；
S2：将0.485g Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL 6mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.091g的五氧化二钒，得到混合溶液A；
S3：将18.2mg醋酸甲胺溶于5mL 6mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为30mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氩气，随后置于预热180℃的烘箱，保温反应8h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为30℃/s，激光烧结温度为700℃，时间为5min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
实施例4
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将FTO导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为80W，预处理时间为4min，得到预处理基底；
S2：将2.425g Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL 6mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.455g的五氧化二钒，得到混合溶液A；
S3：将18.2mg醋酸甲胺溶于5mL 6mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为30mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氩气，随后置于预热180℃的烘箱，保温反应8h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为40℃/s，激光烧结温度为700℃，时间为5min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
实施例5
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将ITO导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为100W，预处理时间为4min，得到预处理基底；
S2：将0.52g氢氧化铋溶于10mL 10mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.234g的偏钒酸铵，得到混合溶液A；
S3：将31.5mg醋酸乙胺溶于5mL 10mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为25mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氩气，随后置于预热200℃的烘箱，保温反应12h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为50℃/s，激光烧结温度为680℃，时间为25min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
实施例6
一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将金属导电基底洗涤干净后置于紫外-臭氧联合清洗机中进行预处理，紫外-臭氧联合清洗机的功率为90W，预处理时间为3min，得到预处理基底；
S2：将0.386g醋酸铋溶于10mL 8mol/L的醋酸溶液中，在搅拌条件下缓慢加入0.244g的偏钒酸钠，得到混合溶液A；
S3：将36.4mg醋酸甲胺溶于5mL 8mol/L的醋酸溶液中，配成混合溶液B；
S4：将混合溶液A和混合溶液B放置在总容积为30mL的水热反应釜中混合，再将预处理基底面朝下置于水热反应釜中，将水热反应釜转移至充满氩气的手套箱中拧紧密封，确保水热釜中填充了氮气，随后置于预热180℃的烘箱，保温反应8h，反应完毕后待水热反应釜冷却至室温，将预处理基底取出洗净，在预处理基底表面形成含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，激光烧结的升温速度为50℃/s，激光烧结温度为700℃，时间为50min，可将钒酸铋中的甲胺阳离子去除，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
图1～图3所述为实施例1～实施例3得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的扫描电镜图，从图中可以看到，薄膜形貌均匀，可表现出均一的光电催化性能，呈一定角度生长的片状结构，尺寸为3～4μm；图4为本发明实施例1～3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的X射线衍射图，从图中可以看到，所得产物为单斜白钨矿型结构；图5为本发明实施例1～3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的莫特肖脱基曲线图，从图中可以看到，正的斜率表明该单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜具有p型导电性，可用于作为光电催化分解水制氢反应中的阴极材料；图6为实施例3制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的光催化制氢图，从图中可以看到，随着光照时间的延长，产氢量程正相关增长，表明具有光催化制氢性能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将导电基底进行清洗，随后进行预处理，得到预处理基底；
S2：将可溶性铋盐、可溶性钒盐和醋酸溶液混合，得到混合溶液A；
S3：将可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐和醋酸溶液混合，得到混合溶液B；
S4：将S2得到的混合溶液A和S3得到的混合溶液B放置在容器中混合，再将预处理基底的导电面朝下置于容器中，混合溶液A和混合溶液B进行反应后，在预处理基底表面形成含甲胺阳离子或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜；
S5：对得到的含甲胺阳离子或乙胺阳离子的单斜白钨矿型钒酸铋薄膜进行激光烧结处理，得到一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，S1中，所述预处理是在紫外-臭氧联合清洗机中进行，所述紫外-臭氧联合清洗机的功率为40～120W，预处理的时间为3～5min；所述导电基底为FTO、ITO或金属导电基底。
3.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，S2中，所述可溶性铋盐为可溶于醋酸溶液的铋盐，所述可溶性铋盐在混合溶液A中的浓度为0.1～0.5mmol/L；所述可溶性钒盐为可溶于醋酸溶液的钒盐，所述可溶性钒盐在混合溶液A中的浓度为0.1～0.5mmol/L。
4.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，S3中，可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐为可溶于醋酸溶液中的甲胺盐或乙胺盐，所述可溶性甲胺盐或可溶性乙胺盐在混合溶液B中的浓度为0.05～0.2mmol/L。
5.根据权利要求3或4所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性铋盐为硝酸铋、氢氧化铋或醋酸铋；所述可溶性钒盐为五氧化二钒、偏钒酸铵或偏钒酸钠；所述可溶性甲胺或乙胺盐为醋酸甲胺或醋酸乙胺。
6.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，S4中，将混合溶液A和混合溶液B放置在水热釜中混合，再将预处理基底的导电面朝下置于水热釜中，混合溶液A和混合溶液B在水热釜中进行水热反应；所述水热釜中的气氛为氩气或氮气，所述水热反应的温度为150～220℃，水热反应的时间为4～24h。
7.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，S5中，所述激光烧结处理的气氛为空气或氧气，激光烧结处理的温度为450～1000℃，激光烧结处理的升温速度为20～60℃/s，激光烧结处理的保温时间为3～30min。
8.根据权利要求1所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液的浓度为6～10mol/L。
9.采用权利要求1～8中任意一项所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的制备方法制备得到的单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜。
10.权利要求9所述的一种单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜的应用，其特征在于，所述单斜白钨矿型钒酸铋光阴极薄膜作为光电催化分解水制氢反应中的阴极材料。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016064976A (ja) * 2014-09-17 2016-04-28 国立大学法人 東京大学 金属（ｘ）ドープバナジン酸ビスマスの製造方法および金属（ｘ）ドープバナジン酸ビスマス
WO2017128847A1 (zh) * 2016-01-28 2017-08-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法
CN109772294A (zh) * 2019-03-18 2019-05-21 济南大学 一种具有p型导电性的四方相BiVO4薄膜的制备方法及所得产品和应用
CN110714187A (zh) * 2019-10-16 2020-01-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钒离子空位型钒酸铋光阳极薄膜及其制备方法
CN111821972A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 中国科学院大连化学物理研究所 取向生长晶体阵列构成的钒酸铋薄膜电极及其制备和应用
CN112410814A (zh) * 2020-09-22 2021-02-26 山东大学 一种钒酸铋光阳极及其制备方法与应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016064976A (ja) * 2014-09-17 2016-04-28 国立大学法人 東京大学 金属（ｘ）ドープバナジン酸ビスマスの製造方法および金属（ｘ）ドープバナジン酸ビスマス
WO2017128847A1 (zh) * 2016-01-28 2017-08-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法
CN109772294A (zh) * 2019-03-18 2019-05-21 济南大学 一种具有p型导电性的四方相BiVO4薄膜的制备方法及所得产品和应用
CN111821972A (zh) * 2019-04-16 2020-10-27 中国科学院大连化学物理研究所 取向生长晶体阵列构成的钒酸铋薄膜电极及其制备和应用
CN110714187A (zh) * 2019-10-16 2020-01-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钒离子空位型钒酸铋光阳极薄膜及其制备方法
CN112410814A (zh) * 2020-09-22 2021-02-26 山东大学 一种钒酸铋光阳极及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LING CHENG: ""A dual-cathode photoelectrocatalysis-electroenzymatic catalysis system by coupling BiVO4 photoanode with hemin/Cu and carbon cloth cathodes for degradation of tetracycline "", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
夏李刚: ""纳米孔钒酸铋光电极制备及其在光催化废水燃料电池中的应用"", 《上海电力学院学报》 *

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