[发明专利]稀氧空位钒酸铋的制备方法

说明书

本发明公开了一种稀氧空位钒酸铋的制备方法。所述方法先将五水硝酸铋、偏钒酸铵溶解于硝酸溶液中，加入乙聚乙烯醇，形成的混合溶液旋涂在FTO表面，煅烧得到种子层；将五水硝酸铋和偏钒酸铵溶解于浓硝酸中，加水稀释并用氨水调节pH至0.9～1.0，得到前驱体溶液；然后将种子层浸没在前驱体溶液中，水热反应；最后在水热反应的产物表面铺满V₂O₅颗粒，退火得到稀本征氧空位的钒酸铋。本发明用高温水热法合成钒酸铋后，通过创造富V₂O₅气氛的条件进行退火，使得其本征氧空位大大减少，提高其在光电催化产双氧水的选择性，选择性可达58.4％。

技术领域

本发明属于光电催化材料制备领域，涉及一种稀氧空位钒酸铋的制备方法。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种重要的无机化工产品，在造纸、化工、食品、环保等领域应用广泛。目前，95％的H₂O₂是通过蒽醌工艺生产的，在储存和运输方面存在大量能源输入和安全风险。因此迫切需要寻找一种安全环保的方法取代蒽醌法。电化学水氧化制备H₂O₂是一个最为理想的途径。与将水分解成H₂和O₂相比，通过太阳光驱动水分解成H₂和H₂O₂具有很高的经济价值和社会价值。

钒酸铋(BiVO₄)由于具有较窄的带隙和较高的光吸收系数，非常适合作为水氧化反应分解水为H₂和H₂O₂的光阳极材料。然而，与通过四电子水氧化(4e-WOR)产生的氧气(1.23V vs.RHE)相比，H₂O₂产生的双电子水氧化(2e-WOR)途径(1.76V vs.RHE)在热力学上是不利的。因此，目前太阳能驱动的WOR相对于基于颗粒的BiVO₄光电阳极对H₂O₂的选择性不理想，通常小于40％。

本征氧空位是影响N型半导体性能的重要因素之一，在金属氧化物半导体中普遍存在。固有O_vac相关的表面状态通过肖特基接触固/液界面处电荷复合和电催化产氧(OER)之间的动力学竞争影响PEC水分解活性，合理控制该影响因素可提高BiVO₄的光电化学(PEC)效率，从而实现水氧化H₂O₂的高催化活性。李奇采用水热合成法制备出含氧空位的BiVO₄粉末，并通过控制煅烧时间的方式来控制氧空位的浓度(李奇.氧空位对单斜钒酸铋(001)晶面电子结构、光催化性能的影响研究[D].重庆大学,2019.)。Tae Woo Kim等人采用掺入N原子的方式来减少氧空位(Kim T W,Ping Y,Galli G A,et al.Simultaneousenhancements in photon absorption and charge transport of bismuth vanadatephotoanodes for solar water splitting.Nature communications,2015,6(1):1-10.)。然而上述方法对BiVO₄的选择性的提高幅度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀氧空位钒酸铋的制备方法。该方法通过在富五氧化二钒(V₂O₅)氛围下退火，降低晶格氧的释放，达到降低本征氧空位的目的，提高其水氧化H₂O₂的高催化活性。。

实现本发明目的的技术方案如下：

稀氧空位钒酸铋的制备方法，具体步骤如下：