[发明专利]一种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法，先在导电玻璃表面采用沉积法制作出碘氧化铋光电极，于碘氧化铋光电极上滴加钒源和钼源溶液，退火清洗后得到掺钼钒酸铋光电极，再在三电极体系中通过光辅助电沉积磷化钴于掺钼钒酸铋光电极表面，即得所制新型钒酸铋光电极，本发明还公开了该复合钼钒酸铋光电极在光电催化分解水中的应用。本发明制得的光电极用于光电催化分解水制氢，掺钼可以有效的增大载流子的浓度，增大光电流，而电沉积钴磷可以有效延缓光电极中的复合损失，增长光生载流子的寿命，促进光电极表面氧析出反应，从而提高半导体光电极的太阳能光氢转换效率。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法及其在光电催化分解水中的应用。

背景技术

为了实现可持续发展战略，开发和利用可再生能源产业已经成为了世界各国的重要战略目标。其中太阳能作为一种清洁的可再生能源，其储量是其他可再生能源的数万倍；同时太阳能在使用过程中几乎不释放温室气体，有助于缓解石油大量使用导致的环境污染及燃料燃烧所促使的温室效应等环境问题，这让太阳能在可再生能源行业中占据了重要地位。

半导体光电功能材料由于具有光电导和光伏效应，其光电错话火星在本质上是由半导体材料受到足够能量的光激发后产生光生载流子的行为特性决定的，因此为太阳能的利用提供了可能。利用半导体光电功能材料将太阳能转化为化学能，对于解决当前能源危机和环境问题具有重要的研究意义和实用价值。

目前主要研究的光电功能材料包括非氧化物材料和氧化物材料，非氧化物材料制备成本高及光腐蚀现象严重，目前已经很少人关注。氧化物材料由于电极通常较稳定，制备方法简单，成本低廉，广受人们关注，主要集中在二氧化钛、氧化锌、氧化铁、钒酸铋等。其中钒酸铋（BiVO₄）具有储量丰富和在中性溶液稳定性很好的特点，并且其具有相对于标准氢电极2.4V的价带边，可很好地用来催化分解水，同时其具有2.4eV的窄带隙，能够吸收可见光516nm以下的太阳光。钒酸铋的理论光解水效率为9.2%，相当于光电流密度7.5mA cm^-2，但是钒酸铋实际的光解水效率远低于其理论效率，本征钒酸铋光电极的电流密度仅为0.42mAcm^-2，这只要是有以下三个方面造成：①电子运输差和表面缺陷高造成的高达60～80%的电荷复合；②氧析出动力学过程慢；③导带边略低于可逆氢电位。

为了解决以上三个方面的问题，研究者一方面从提高光生载流子分离效率出发，将钒酸铋与其他半导体结合，另一方面通过溅射法、水热合成法或光辅助电沉积法等在钒酸铋表面修饰助催化剂。因此，通过掺杂来提升光生载流子浓度和电沉积复合上助催化剂将有望提高钒酸铋的光电流密度，同时促进其光催化分解水效率。

发明内容

为了促进钒酸铋光电极光催化分解水效率，本发明的目的在于提供了种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法，通过钴磷助催化剂和掺杂钼来提高光电极的光电流。

本发明还提供了种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法，以及光辅助电沉积钴磷修饰掺钼钒酸铋光电极在光电催化分解水中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）以导电玻璃为基底，电沉积法制作出碘氧化铋光电极；

（2）在步骤（1）所得碘氧化铋电极上滴加上乙酰丙酮钼和乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，然后升温至400～500℃，恒温保持1.5～2.5小时，冷却至室温，用碱溶液浸泡后，清洗、干燥，得到掺钼钒酸铋光电极；