一种核壳结构钒酸铋@酞菁钴复合光电极及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纳米材料制备和光电催化技术领域，具体涉及一种核壳结构BiVO

背景技术

工业的快速发展造成能源消耗量剧增，以化石能源为主的自然资源在全球范围内分布不均，化石能源的使用造成了严重的环境污染。因此开发和利用新型能源成为各国科学家的研究焦点。其中，氢气具有能量密度高，来源广，环境友好的特点，被认为未来替代化石能源的潜在能源材料。光电催化分解水制氢技术的应用被认为是解决能源问题的一种有效途径。BiVO

Y.Shi,Y.Yu,Y.Yu,Y.Huang,B.Zhao,B.Zhang,Boosting PhotoelectrochemicalWater Oxidation Activity and Stability of Mo-Doped BiVO

J.-S.Ma,L.-Y.Lin,Y.-S.Chen,Facile solid-state synthesis for producingmolybdenum and tungsten co-doped monoclinic BiVO

F.Feng,C.Li,J.Jian,F.Li,Y.Xu,H.Wang,L.Jia,Gradient Ti-doping inhematite photoanodes for enhanced photoelectrochemical performance,Journal ofPower Sources 449(2020)227473.

H.Zhang,C.Li,J.-S.L,Gradient tantalum-doped hematite homojunctionphotoanode improves both photocurrents and turn-on voltage for solar watersplitting,Nature Communications 11(2020)4622

J.-W.Jang,D.Friedrich,S.Müller,M.Lamers,H.Hempel,S.Lardhi,Z.Cao,M.Harb,L.Cavallo,R.Heller,R.Eichberger,R.van de Krol,F.F.Abdi,EnhancingCharge Carrier Lifetime in Metal Oxide Photoelectrodes through Mild HydrogenTreatment,Advanced Energy Materials,7(2017).

D.K.Lee,K.-S.Choi,Enhancing long-term photostability of BiVO

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是在于提供了一种核壳结构BiVO

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种核壳结构BiVO

作为优选，所述表面阴离子化所用试剂为含有邻位酚羟基的化合物(例如单宁酸、咖啡酸、没食子酸、多巴胺、聚多巴胺、1,2,4,5-四羟基苯、四羟基-1,4-苯醌)或含有邻位氨基的化合物(例如3,4-二氨基苯甲酸、3,4-二氨基苯乙酸)。

作为优选，所述酞菁钴的包覆厚度为4-10nm。

本发明还提供了上述核壳结构BiVO

(1)通过电化学沉积-热处理的方法制备BiVO

(2)将步骤(1)得到的BiVO

(3)将步骤(2)得到的经表面阴离子化处理后的BiVO

本发明中的BiVO

将0.97g Bi(NO

优选的，步骤(2)中，将BiVO

优选的，步骤(3)中，所述醇为甲醇、乙醇或乙二醇，醇溶液中的酞菁钴的浓度为1～5mg/ml。

优选的，步骤(3)中，所述溶剂热处理的温度为90～120℃，时间为10～30h。

优选的，步骤(3)中，所述退火的温度为300～400℃，时间为5-30min。

本发明还提供了上述核壳结构BiVO

本发明采用含有邻位酚羟基的化合物(单宁酸、咖啡酸、没食子酸、多巴胺、聚多巴胺、1,2,4,5-四羟基苯和四羟基-1,4-苯醌)或含有邻位氨基的化合物(3,4-二氨基苯甲酸、3,4-二氨基苯乙酸)为表面配位基团，构筑了核壳结构BiVO

与现有技术相比，本发明的优点：

本发明采用含有邻位酚羟基的化合物(单宁酸、咖啡酸、没食子酸、多巴胺、聚多巴胺、1,2,4,5-四羟基苯和四羟基-1,4-苯醌)以及含有邻位氨基的化合物(3,4-二氨基苯甲酸、3,4-二氨基苯乙酸)作为表面配位剂，基于邻位酚羟基或邻位氨基与BiVO

附图说明

图1为实施例1制得的BC-1(a)、对比例1制得的D1(b)和对比例2制得的BiVO

图2为实施例1制得的BC-1样品的理论计算(差分电荷)图；

图3为实施例1制得的BC-1、对比例1制得的D1和对比例2制得的BiVO

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于这些实施例。

本发明通过光电催化分解水来评价BiVO

实施例1

(1)BiVO

(2)BiVO

(3)核壳结构BiVO

所用的电解质溶液为PH＝9的0.5M硼酸钾和0.05M V

实施例2～3

对不同壳层厚度核壳结构BiVO

表1不同溶剂热的时间所得BiVO

由表1可知，在不同溶剂热时间下得到核壳结构BiVO

实施例4～6

按照效果最优的的实施例1的步骤，其余条件不变(溶剂热时间为20h)，只改变咖啡酸的浓度，分别变为2mg/ml、7mg/ml、10mg/ml，并将其样品编号为A1、A2、A3，其结果见如表2所示。

表2不同咖啡酸浓度所得BiVO

由表2可得，在不同的咖啡酸浓度修饰下得到的BiVO

实施例7～10

同实施例1，只改变表面配位剂的种类为单宁酸、1,2,4,5-四羟基苯、四羟基-1,4-苯醌、3,4-二氨基苯甲酸，并把其样品编号为B1、B2、B3、B4，其结果见如表3所示。

表3不同表面改性剂种类所得BiVO

由表3可得，采用不同的表面配位剂所制备的BiVO

对比例1

同实施例1，区别仅在于不进行表面阴离子化处理，得到的BiVO

对比例2

同实施例1，区别仅在于所制得的BiVO

对比例3

同实施例1，区别仅在于改变酞菁钴的种类为酞菁铁。活性评价方法与实施例1一致，外加偏压为1.0V vs RHE，光照2小时氢气和氧气的产生速率分别为8.4μmol h

对比例4

同实施例1，区别仅在于改变酞菁钴的种类为酞菁镍。活性评价方法与实施例1一致，外加偏压为1.0V vs RHE，光照2小时氢气和氧气的产生速率分别为6.1μmol h

如图1a所示，以咖啡酸为表面配位剂，采用溶剂热法能够将酞菁钴均匀地包覆在BiVO

如图2所示，理论计算表明咖啡酸中的羧基能够和酞菁钴中的金属形成配位。另外，咖啡酸中临位酚羟基能够和BiVO

如图3所示，与BiVO