[发明专利]一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列及其制备和应用

权利要求书

1.一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列的方法，其特征在于主要包括以下步骤：

首先，通过溶胶-凝胶法在透明导电基底上制备钒酸铋种子，然后用水热/溶剂热法在有形貌调控剂乙腈或草酸存在的情况下，借助高压釜来制备BiVO₄纳米管晶体阵列，最后将制得的BiVO₄纳米管置于管式炉中高温退火即得到透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列；

具体包括以下步骤：

（1）BiVO₄种子液的配制

称取硝酸铋、偏钒酸铵和柠檬酸溶解在HNO₃溶液中，形成溶液A，然后向溶液A加入PEG和醋酸，搅拌至完全溶解后静置1h得到黏稠的BiVO₄蓝色种子液；

（2）BiVO₄种子层的制备

采用旋涂法将步骤（1）中BiVO₄种子液旋涂在洁净的透明导电基底上后置于马弗炉中，以2℃/min的速率升温至450~500℃，煅烧5~7h得到BiVO₄种子层，置于反应釜的聚四氟乙烯内衬中；

（3）BiVO₄纳米管的制备

方案一：向硝酸溶液中加入偏钒酸铵和硝酸铋，待其完全溶解后加入NaHCO₃调至pH 6~7之间，然后加入形貌调控剂草酸，搅拌均匀后得到溶液B，将溶液B转移至步骤（2）中包含BiVO₄种子层的反应釜的聚四氟乙烯内衬中反应，反应结束后自然冷却至室温，然后用水冲洗掉样品表面的杂质，吹干，置于瓷舟中；

方案二：向硝酸溶液中加入形貌调控剂乙腈，混合均匀后加入偏钒酸铵和硝酸铋，待其完全溶解后加入NaHCO₃调至pH 6~7之间得溶液C，后将溶液C转移至步骤（2）中包含BiVO₄种子层的反应釜的聚四氟乙烯内衬中反应，反应结束后自然冷却至室温，然后用水冲洗干净，吹干，置于瓷舟中；

步骤（3）的方案一中，所述的偏钒酸铵、硝酸铋和形貌调控剂草酸的摩尔比为0.5~2：0.5~2：0.04~0.08；

步骤（3）的方案二中，所述的形貌调控剂乙腈、偏钒酸铵和硝酸铋的用量比为6~8mL:0.5~2mmol:0.5~2mmol；

（4）BiVO₄纳米管的退火

将步骤（3）制得的样品置于管式炉中间，升温煅烧退火即得透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列。

2.根据权利要求1所述的透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列的方法，其特征在于：

步骤（1）中所述的硝酸铋、偏钒酸铵和柠檬酸的摩尔比为2.5~4.5：2.5~4.5：5.0~8.5；步骤（1）中所述的HNO₃溶液的用量满足每2.5~4.5mmol的硝酸铋对应使用7~12mL体积分数为23.3%的HNO₃水溶液；步骤（1）中所述的PEG和醋酸的用量满足每8~10mL的溶液A对应加入0.9~1.2g的PEG和2~2.5mL的醋酸；

步骤（1）中所述的PEG为PEG-6000或PEG-8000。

3.根据权利要求1所述的透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列的方法，其特征在于：

步骤（2）中所述的透明导电基底为FTO玻璃、ITO玻璃中的一种；

步骤（2）中所述的旋涂指在转速3000~4000r/min的速度下旋涂，保持30~40s。

4.根据权利要求1所述的透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列的方法，其特征在于：

步骤（3）的方案一中，所述的硝酸溶液的用量满足每0.5~2mmol偏钒酸铵对应使用15~20mL的10~15wt%的硝酸水溶液；所述的反应是指在160℃~200℃反应6~10h；所述的搅拌均匀指在300~700r/min转速下搅拌10~30min；

步骤（3）中所述的溶液B与BiVO₄种子层的用量满足步骤（2）中每旋涂200~500μL BiVO₄种子液，步骤（3）中对应加入16~20mL的溶液B。