[发明专利]TaN/BiVO4

说明书

本发明涉及TaN/BiVO₄异质结复合材料及其制备方法和应用。TaN/BiVO₄异质结复合材料是采用浸渍的方法将氮化钽负载在钒酸铋上形成的异质结构的复合材料。本发明改善了单独半导体在光激发电子后，其电子和空穴再结合速率快的缺点，制备了一种TaN/BiVO₄异质结复合材料，间接地加快了电荷与空穴的分离效率，进一步地提高了光激发的电子利用率，提高了光电催化效率。本发明通过修饰半导体，实现高效光电分解水。

技术领域

本发明涉及光电解水催化领域，具体为通过制备Z-型异质结改善孤立半导体的缺陷，从而实现高效光电解水。

背景技术

全球化石能源的日益枯竭，能源危机已经日益显现出来。为了解决这一难题，人们将研究目光转移到可再生的和清洁的太阳能，利用太阳光分解水制氢已经逐渐成熟起来。但是由于种种限制因素，单纯的光解水制氢效率低，对材料的要求高，于是光电解水技术应用而生。光电解水体系主要由光敏剂、催化剂、电子受体三部分组成。

由于半导体具有良好的吸光性能，经常作为光敏剂材料，因此人们在不断地修饰改造半导体，用于实现光电解水产氢。但是半导体在光激发后产生的电子空穴对，其重结合效率较快，因此在半导体表面修饰催化剂是一种提高催化效果的方法，也可以通过形成异质结构，降低电子空穴对的再结合率，提高光电解水性能。常见的异质结结构，比如常见的三氧化钨钒酸铋异质结等其制备过程繁琐，并且光电催化效果低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是改善单独半导体在光激发电子后，其电子和空穴再结合速率快的缺点，制备一种TaN/BiVO₄异质结复合材料，间接地加快了电荷与空穴的分离效率，进一步地提高了光激发的电子利用率，提高了光电催化效率。

本发明采用的技术方案是：TaN/BiVO₄异质结复合材料，所述的TaN/BiVO₄异质结复合材料是采用浸渍的方法将氮化钽负载在钒酸铋上形成的异质结构的复合材料。

TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)制备钒酸铋基底：于含有硝酸铋、碘化钾和对苯醌的电沉积溶液中，采用三电极体系，在导电载体FTO上沉积一层BiOI膜，水洗，氮气吹干后，于BiOI膜上均匀滴加乙酰丙酮氧矾的DMSO溶液后，于450℃保温2h，冷却至室温后，放入无机碱溶液中浸泡 30min，取出，用水冲洗，氮气吹干，得钒酸铋基底；

2)制备TaN/BiVO₄异质结复合材料：将钒酸铋基底浸入氮化钽水溶胶中，60℃保持30- 60min后，置于马弗炉中500℃煅烧2h。

上述的TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，步骤1)中，所述的电沉积溶液的制备方法是：取适量去离子水，用硝酸调节其pH到1.7，加入硝酸铋和碘化钾，充分溶解后，加入对苯醌的乙醇溶液，充分搅拌，制成电沉积溶液。

上述的TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，步骤1)中，采用三电极体系，沉积条件为：外加-0.1V vs Ag/AgCl的偏压沉积5分钟。

上述的TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，步骤1)中，所述的无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

上述的TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，步骤2)中，所述的氮化钽的制备方法是：在氨气的条件下，将氧化钽于500℃下煅烧4h，形成氮化钽。

上述的TaN/BiVO₄异质结复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的氮化钽水溶胶的制备方法是：取氮化钽溶解于水中，超声，形成氮化钽水溶胶。优选的，氮化钽与水的料液比为：1g：(10-15)mL。