[发明专利]一种驱动二氧化碳还原的异质结光阳极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种驱动二氧化碳还原的异质结光阳极及其制备方法和应用，其是首先通过水热法合成WO₃纳米片阵列，然后采用二次水热法在WO₃纳米片表面生长Bi₂S₃纳米材料，从而获得用于驱动CO₂还原的WO₃/Bi₂S₃异质结光阳极。与原始的WO₃光阳极相比，本发明所构建的WO₃/Bi₂S₃异质结光阳极表现出更优异的光电化学性能和光电催化能力。

技术领域

本发明属于光电催化技术领域，具体涉及一种驱动二氧化碳还原的WO₃/Bi₂S₃异质结光阳极及其制备方法。

背景技术

光电催化技术可以有效的利用太阳能，它通过将光能转换为电能或者化学能来实现能源的转化，从而缓解能源危机和实现污染物的降解。其中，光电催化还原CO₂技术可以将使空气中的二氧化碳被转化并加以充分利用，它可以将二氧化碳转化为能量密集和更高价值的液体燃料或者其他化工品，例如甲酸、甲烷和一氧化碳等。

三氧化钨(WO₃)具有比较适当的光学带隙(～2.6eV)，在酸性溶液中具有良好的化学稳定性和抗光腐蚀性，其在水的氧化和实现有机物的降解方面也有很大的潜力。然而，由于WO₃不能有效的利用太阳光，而且光生电荷和空穴之间容易快速复合，其催化的效率受到很大的限制。结合当前光电催化研究基础和现状，在实验中经常通过与窄带隙的半导体材料复合形成异质结的方式提升光电催化效率。作为一种窄带隙的半导体，Bi₂S₃具有1.3eV的直接带隙以及较高吸收系数，而且Bi₂S₃具有比WO₃更负的导带边缘，Bi₂S₃中的光生电子可以容易地留入到WO₃中，从而减少电子-空穴对的复合。通过二次水热法与Bi₂S₃复合形成WO₃/Bi₂S₃异质结的方式，可以促进光生电子和空穴高效迅速地迁移分离，从而提高光电极的光电化学性能。

发明内容

基于上述分析，本发明的目的在于提供一种驱动二氧化碳还原的异质结光阳极及其制备方法和应用。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种驱动二氧化碳还原的异质结光阳极的制备方法，其特点在于：首先通过水热法合成WO₃纳米片阵列，然后采用二次水热法在WO₃纳米片表面生长Bi₂S₃纳米材料，从而获得用于驱动CO₂还原的WO₃/Bi₂S₃异质结光阳极。具体包括以下步骤：

1)通过水热法在导电玻璃上合成垂直生长的WO₃纳米片阵列；

2)以乙二醇为有机溶剂，加入硫源和铋源，混合均匀，获得反应前驱液；

将WO₃纳米片阵列置于所述反应前驱液中，浸泡6小时，然后取出并在氮气气氛中180℃退火1h；

3)将退火后的电极片再次置于所述反应前驱液中，在反应釜中密封后于100-120℃水热反应10-14h，反应完成后再在氮气气氛中250℃退火1h，即获得用于作为光阳极驱动CO₂还原的WO₃/Bi₂S₃异质结光电极。

进一步地，步骤2)中，所述硫源为硫脲，所述铋源为五水合硝酸铋。