[发明专利]一种羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜、制备方法及应用，属于光电催化材料技术领域，包括钒酸铋薄膜，以及修饰在所述钒酸铋薄膜上的羟基功能化碳点；所述羟基功能化碳点是以含有邻位酚羟基的聚合物为原料，通过激光束辐照制得，所述羟基功能化碳点通过其邻位酚羟基与所述钒酸铋薄膜中的金属元素之间的螯合作用修饰于所述钒酸铋薄膜表面。本发明通过液相脉冲激光辐照技术制备羟基功能化碳点，将羟基功能化碳点自组装于钒酸铋薄膜表面，获得羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜，该方法操作简单，普适性强，可以显著提高钒酸铋薄膜的载流子分离效率、传输效率以及光电化学性能。

技术领域

本发明属于光电催化材料技术领域，具体涉及一种羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜、制备方法及应用。

背景技术

氢能具有绿色高效、来源丰富、储存容易、应用场景丰富等特点，被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。光电化学分解水制氢技术利用太阳光裂解水产生氢气，将捕获的太阳能以高能量化学键形式存储于氢气中，是一种清洁高效制备氢气的方法。光电化学分解水反应系统中，光电极材料作为吸光层，是整个反应系统的核心。在众多光电极材料中，钒酸铋(BiVO₄)由于具有廉价、无毒、良好的可见光响应以及相对合适的带结构等特点，受到广泛的关注和研究。但是BiVO₄光阳极薄膜具有很低的载流子迁移率(～0.044cm² V^-1s^-1)，使得光生载流子在体相和表面均复合严重的问题，导致所得的BiVO₄光阳极薄膜光电流密度远远低于其理论值，使其应用受到了极大的限制。

目前主要通过纳米化、元素掺杂、构筑异质结、包埋纳米晶、还原处理等方法来改善光生载流子的体相传输问题；通过负载助催化剂或者将一系列高导电性的材料(如碳点、黑磷、石墨炔和MXene等材料)负载在BiVO₄薄膜表面来改善光生载流子的表面传输问题。尽管通过以上方法，体相或表面的载流子传输有所改进，但是这些只单独改善载流子体相传输或表面传输问题的方法使BiVO₄性能的进一步提升受限，这仍可能阻碍其进一步应用。因此，如何能够同时改善BiVO₄中载流子体相传输和表面传输问题，对于发展高性能BiVO₄光电极具有重要意义。

发明内容

本发明针对BiVO₄薄膜载流子体相传输和表面传输能力差的问题，提供一种羟基功能化碳点修饰的BiVO₄薄膜，其是在传统的BiVO₄薄膜上修饰了羟基功能化碳点，可通过同时促进载流子的体相传输和表面传输过程，显著提高BiVO₄薄膜的载流子分离效率、传输效率以及光电化学性能；其中，羟基功能化碳点是通过液相脉冲激光辐照技术制备，再将羟基功能化碳点自组装于BiVO₄薄膜表面，获得羟基功能化碳点修饰的BiVO₄薄膜，该方法操作简单，普适性强。

本发明的第一个目的是提供一种羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜，包括BiVO₄薄膜，以及修饰在所述BiVO₄薄膜上的羟基功能化碳点；

所述羟基功能化碳点是以含有邻位酚羟基的聚合物为原料，通过激光束辐照制得，所述羟基功能化碳点通过其邻位酚羟基与所述BiVO₄薄膜中的金属元素之间的螯合作用修饰于所述BiVO₄薄膜表面。

优选地，所述含有邻位酚羟基的聚合物为单宁酸、没食子酸或邻苯二酚。

优选地，所述羟基功能化碳点的修饰厚度为3-10nm。

优选地，所述羟基功能化碳点的尺寸为1-2nm。

本发明的第二个目的是提供上述羟基功能化碳点修饰的钒酸铋薄膜的制备方法，包括以下步骤：