一种高质量MoBiVO

技术领域

本发明涉及到一种光电功能的Mo:BiVO

背景技术

随着人类社会和经济的快速发展，化石燃料的大量使用已经产生了严重的能源危机。光电化学分解水产氢技术，具有理论太阳能转换效率高(光电转换效率理论值高达30％)和光解水产生的氢气和氧气更易于分离收集等优点，成为解决未来能源问题最理想的解决手段之一。

自上世纪70年代，日本科学家利用TiO

基于单晶材料内部缺陷少，界面少，取向性好，可极大的优化载流子的传输与分离，减少载流子在界面处的复合，提高光电极的能量转换效率。传统的单晶制备方法提拉法或坩埚下降法需要采用贵金属Pt坩埚，且Bi

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高质量Mo:BiVO

一方面，本发明提供了一种Mo:BiVO

(1)将Bi

(2)将所得Mo:BiVO

(3)将所得Mo:BiVO

在本发明人前期研究过程中发现，采用光学浮区生长方法制备Mo:BiVO

较佳的，步骤(1)中，所述Bi

所述Bi

所述MoO

较佳的，步骤(1)中，所述混合的方式为球磨混合；所述球磨混合的转速为200～800转/分钟，时间为8～12小时。

较佳的，步骤(1)中，在混合MoO

较佳的，步骤(2)中，所述Mo:BiVO

优选地，将Mo:BiVO

较佳的，步骤(3)中，所述生长温度的范围为800～1000℃；优选地，所述光源的加热功率为1～2kW，升温至上料棒熔化所需照射时间为0.5～1小时；

所述生长单晶的保护气氛为氧气，氧气的气压稳定在1bar～5bar、优选为2bar～3bar。

较佳的，步骤(3)中，控制上料棒和下料棒的转速相同、方向相反；优选地，控制上料棒和下料棒的相对转速为16～20转/分钟。

较佳的，步骤(3)中，根据质量守恒和上/下料棒的直径尺寸，分别设定上/下料棒的下降速度；所述上料棒的下降速度为3.0～3.2mm/h；所述下料棒的下降速度为2.8～3.0mm/h。

较佳的，步骤(3)中，在确定得到稳定的熔区且稳定30～50min后，保持上料棒不动，使籽晶按照程序设定的下降速率下降，待到熔区变细后，完成缩颈过程以减少晶粒的自取向过程。

较佳的，步骤(3)中，在Mo:BiVO

另一方面，本发明提供了一种根据上述生长方法制备的Mo:BiVO

再一方面，本发明提供了一种上述Mo:BiVO

有益效果：

本专利以固相法制备的纯相多晶原料作为前驱体，通过光学浮区法在氧气气氛下进行生长，通过不断调整生长工艺及原料的配比获得了较高质量的单晶材料，并可以应用于光电极光解水制氢反应。本发明中，以氧气作为生长气氛，控制生长温度在960-980℃，提高了晶体生长的稳定性，并获得了高质量的Mo:BiVO

附图说明

图1为实施例1中固相反应法制备得到的多晶原料粉末XRD图谱，从图中可知我们得到了纯相的BiVO

图2为实施例1中高温烧结后得到的多晶原料棒，从图中可知多晶原料棒较为致密均匀；

图3为实施例1中晶体生长过程中的生长界面参数调整，从图中可知此时熔区不稳定，需要及时做出调整；

图4为实施例1中合成的0.3％Mo:BiVO

图5为实施例1中0.3％Mo:BiVO

图6为实施例2生长得到的晶体照片。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明中，采用光学浮区法生长Mo:BiVO

将Bi

将原料粉体在600℃-800℃温度下煅烧10h，得到Mo:BiVO

将Mo:BiVO

将Mo:BiVO

通入氧气气氛，使得内部分压保持在2-3bar；在0.5-1小时内升温至生长温度，使得熔区出现液相，之后在16-20rpm范围内调节原料棒的相对转速。其中，上料棒、晶种的转速相同、或方向相反。根据质量守恒和上下料棒的直径尺寸，我们设定上下料棒的下降速度。在确定得到稳定的熔区并稳定30～50min后，保持上料棒不动，使下料棒按照程序设定缓慢下降，待到熔区变细，完成缩颈过程以减少晶粒的自取向过程。

待熔区形状稳定0.5-1小时之后开始生长Mo:BiVO

将晶体切割成特定方向的晶片，用于光电化学实验。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1：

室温下，将93.09g Bi

将得到的上料棒用镍丝捆绑并悬挂在上转轴，下料棒固定在下转轴作为籽晶，采用自发形核方式生长；打开控制面板使得上下转轴反向旋转，观察调整上料棒的位置，需保证上下料棒的旋转中心在同一竖直方向上。安装好料棒之后在生长部分外部安装石英管，将生长部分与外部加热装置隔离开来，并通入氧气气氛，使得内部分压保持在2bar。随后打开光学浮区炉电源，通过预先设定程序使得光源升至960℃，此时电压为35V，直至上下料棒底部开始融化并切换到手动模式，保持上料棒顺时针旋转，下料棒逆时针旋转，相对转速为16转/分钟。眼睛时刻观察光学浮区炉的显示窗口，手动控制升降装置，使上下料棒靠近，待完全熔化后形成稳定熔区。设定上料棒的下降速度为3.5mm/h，下料棒的下降速度为3mm/h。在确定熔区稳定30min后，保持上料棒不动，使下料棒按照程序设定缓慢下降，待到熔区变细，完成缩颈过程。随后按照设定程序正常生长，根据生长状态的变化需要不断微小调整，整个稳定生长过程大约持续16h。晶体生长进入收尾阶段后，保持上料棒静止不动，下料棒以正常速度3mm/h下降，待熔区拉断之后，调整光源的加热功率经1h降低至温度。最终打开炉腔，获得高质量的0.3％Mo:BiVO

将得到的高质量的单晶经过劳厄定向后得到C方向的晶片，经电化学工作站测试得到材料的光电化学性能及其稳定性如图5所示。

实施例2

本实施例2中Mo:BiVO

将得到单晶经过劳厄定向后得到C方向的晶片，经电化学工作站测试得到材料的光电化学性能及其稳定性。本实施例2所得晶体质量较差如图6所示。