CN108511198A - 一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、其制备方法与用途 - Google Patents

一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、其制备方法与用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，在电极本体上有一层Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒构成的薄膜。本发明还公开了所述Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的制备方法及用于光电化学分解水的用途。

Description

一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、其制备方法与用途
技术领域
本发明属于光电催化领域，涉及一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、其制备方法与用途。
背景技术
日益加剧的环境问题及能源危机问题促使人们将目光转移至可再生能源太阳能的开发利用上，而半导体催化剂的研究为之提供了一条确切可行的道路，即以太阳能作为能量来源，再以光催化反应为载体将其转换为化学能并储存于单质氢中。该过程清洁无污染，是解决环境和能源问题最有效的方法之一。
1972年，Fujishima和Honda发现TiO2电极可应用于光催化分解水产氢。随后，诸如钽酸盐、铌酸盐等半导体材料纷纷问世。然而，这些半导体材料的能带间隙较宽，只对紫外光区发生响应，无法高效利用太阳能。因此，人们将重心放在具有可见光催化活性的光催化剂如BiVO4、Bi2O3、WO3和Cu2O的发展上。在这些催化剂中，BiVO4的能带间隙约为2.40eV，是公认的最具有发展潜力的可见光催化剂。然而，实际实验中，BiVO4的光生电子和空穴会迅速复合，使其光催化活性远低于理论值。因此，必须制定有效方法来提高BiVO4的电荷分离效率，增强其可见光催化活性。
对于利用光生电子的半导体电极，多孔结构可以通过增加耗尽层的体积和缩短少数载流子到达界面的距离来减少电子-空穴复合，且不会对电荷分离和运输产生不利影响，因此可以通过表面形貌调控提高BiVO4的光催化活性。Pilli等人用表面活性剂(十二烷基硫酸钠，SDS)辅助金属有机物分解法，将表面活性剂胶束分散到前体溶液中，在煅烧过程中去除，得到多孔结构的BiVO4，在1.0V(vs RHE)的光电流约为0.3mA/cm2，比无孔结构的BiVO4光电流大了近一倍(S.K.Pilli,et al.Energy Environ.Sci.,2011,4,5028.)。
BiVO4可与其他金属氧化物半导体形成异质结的结构以提高电子-空穴的分离效率。BiVO4导带上的电子快速注入到其他高势能半导体材料的导带上，从而快速分离BiVO4价带空穴上的电子，抑制电子-空穴结合。Lee等人令BiVO4分别与TiO2、Fe2O3、SnO2、WO3形成异质结，其中WO3/BiVO4的活性最好，在1.1V(vs RHE)的光电流为0.8mA/cm2(Lee M G,etal.Nano Energy,2016,28:250-260.)。
BiVO4的表面水氧化催化性能差，氧析出动力学成为光电流产生的主要限制因素，此时可通过在BiVO4表面负载助催化剂提升其水分解动力学。Seabold等人通过沉积法在BiVO4表面负载FeOOH作为助催化剂，光生电流有了显著提升，1.0V(vs RHE)处的光电流值可达1.5mA/cm2(J.A.Seabold,et al.Choi,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,2186.)。
掺杂是控制半导体材料性能的基础，即使是少量的杂质也能极大地改变宿主材料的光电化学性质。Luo等人通过金属修饰-有机分解法制备了一系列金属(Mo、W、Ta、Zr等)掺杂的BiVO4电极，发现Mo6+和W6+掺杂能有效增强光电流，且Mo6+能代替BiVO4晶格中V5+的位置，对BiVO4光催化活性提升最大，1.0V(vs RHE)处的光电流为2.1mA/cm2(W.Luo,etal.Energy Environ.Sci.,2011,4,4046)。
金属掺杂法对BiVO4的光反应活性的提升最为显著，但仍未达到理想值，BiVO4的光反应活性仍有很大的提升空间。
发明内容
本发明利用电化学沉积-煅烧法制备得到对可见光响应的Ni掺杂BiVO4光电阳极。通过在前驱体溶液中加入镍盐，简单快速的引入Ni离子，实现Ni离子对Bi离子的替换，从而提高BiVO4的光化学分解水反应活性。
本发明采取如下技术方案：
本发明第一方面公开了一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，,在电极本体上有一层Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒构成的薄膜。
优选地，所述BiVO4为单斜白钨矿结构，所述Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒的粒径为200～400nm，所述BiVO4薄膜的厚度为0.9～1.2μm。
优选地，Ni在所述BiVO4薄膜中的摩尔分数为1mol％-10mol％。
优选地，所述电极本体为FTO导电玻璃。
本发明第二方面公开了所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的制备方法，包括如下步骤：
(1)将碘盐溶于去离子水中调节pH值为1～2，加入铋盐和镍盐得到溶液；
(2)将对苯醌溶于无水乙醇中，加入步骤(1)中的溶液得到混合溶液；
(3)将FTO导电玻璃置于溶剂中超声20-40min，在室温下晾干；
(4)将步骤(2)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为权利要求书1所述的电极本体，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。
(5)将VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于DMSO(二甲基亚砜)中形成溶液，取适量滴于沉积了BiOI步骤(4)得到的电极表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40～60℃；
(6)将步骤(5)得到的电极在300～600℃的马弗炉中煅烧，煅烧时间为2～4小时；
(7)用碱溶液洗去步骤(6)得到的电极表面的副产物，再用水冲洗干净，室温下晾干，即得到所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
优选地，步骤(4)所述的电极本体为FTO导电玻璃。
优选地，步骤(1)所述的镍盐为六水合硝酸镍、六水合硫酸镍、六水合氯化镍的一种。
本发明第三方面公开了所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极用于光电化学分解水的用途。
本发明的有益效果为：
1、本发明的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，在电极本体上有一层Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒构成的薄膜。所述BiVO4为单斜白钨矿结构，所述Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒的粒径为200～400nm，所述BiVO4薄膜的厚度为0.9～1.2μm。所制得的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极光照条件下(光照条件为：100mW/cm2，电解液为0.2mol/L硫酸钠水溶液)在1.23V vs.RHE(可逆氢电极)处的电流密度高达2.39mA/cm2；而相同条件下，纯BiVO4的电流密度只有1.04mA/cm2左右，证明镍掺杂能有效提高载流子迁移速率、抑制电子-空穴的复合。
2、本发明的制备方法步骤简单。通过在电沉积的前驱体溶液中添加镍盐，达到Ni掺杂的目的，同时调控添加的镍原子与铋原子的摩尔比对其光电性能进行优化，当添加的镍原子的摩尔分数为5％时，BiVO4薄膜光电阳极的光电性能最佳，电流密度高达2.39mA/cm2。
附图说明
图1为本发明制备的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的X射线衍射(XRD)图；
图2为本发明制备的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的正面扫描电子显微镜(SEM)图；
图3为本发明制备的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的截面扫描电子显微镜(SEM)图；
图4为本发明制备的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的线性伏安法扫描曲线(LSV)；
图5为本发明制备的5mo％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的紫外-可见漫反射图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明，但该说明并不对本发明构成限制。
实施例1
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为5:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0291g六水合硝酸镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s。利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为2.39mA/cm2。
测试结果为：图1为5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的X射线衍射(XRD)图。从图中可看出5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极未出现新峰，证明镍离子未形成其它化合物，而是掺入到BiVO4晶格中。
图2为5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的正面扫描电子显微镜(SEM)图，从图中可看出5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜中BiVO4的粒径为200～400nm。
图3为的5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的截面扫描电子显微镜(SEM)图，从图中可看出5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜的厚度为0.9～1.2μm。
图4为的5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的线性伏安法扫描曲线(LSV)，从图中可看出5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极在1.23V(vsRHE)处的电流密度为2.39mA/cm2
图5为5mo％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极以及纯BiVO4薄膜光电阳极的紫外-可见漫反射图，从图中可看出5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜在可见光区的吸光能力有显著提升。
实施例2
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为1:100，称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0058g六水合硝酸镍，加入到步骤(1)的碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需的1mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的1mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为1.63mA/cm2。
实施例3
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为3:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0174g六水合硝酸镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需的3mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极；
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的3mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为1.90mA/cm2。
实施例4
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为7:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0407g六水合硝酸镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需的7mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的7mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为2.01mA/cm2。
实施例5
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为10:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0582g六水合硝酸镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需的10mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的10mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为1.78mA/cm2；
实例6
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为5:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0238g六水合二氯化镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需制备的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为表面生成5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为2.03mA/cm2。
实例7
(1)向50mL去离子水中加入3.32g碘化钾，搅拌至全溶，向溶液中滴加浓硝酸(65wt％)，调节pH值为1.7；
(2)设置溶液中镍和铋的摩尔量之比为5:100。称取0.9702g五水合硝酸铋和0.0263g六水合硫酸镍，加入到碘化钾溶液中，搅拌至固体完全溶解。
(3)将0.4968g对苯醌溶于20mL无水乙醇中，搅拌溶解后倒入步骤(2)所得的溶液中，继续搅拌30min；
(4)将FTO导电玻璃分别在无水乙醇和去离子水中超声30min，在室温下晾干；将步骤(3)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为FTO导电玻璃，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；参比电极、对电极分别为银/氯化银电极、铂丝电极。选择i-t曲线，设置沉积电压为-0.1V、采样间隔为0.01s、和沉积时间为180s，沉积完成后在FTO导电玻璃表面得到一层BiOI；
(5)配置前驱液，将0.1061g VO(acac)2(乙酰丙酮氧钒)溶于2mL DMSO(二甲基亚砜)中，搅拌溶解，取150μL滴于步骤(4)得到的沉积了一层BiOI的FTO导电玻璃表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40℃；
(6)将步骤(5)得到的干燥后的FTO导电玻璃在马弗炉中煅烧，煅烧温度为450℃，升温速率为2℃/min，煅烧时间为2小时；
(7)用1mol/L的NaOH溶液洗去步骤(6)煅烧后的FTO导电玻璃表面的副产物，再用去离子水冲洗干净，室温下晾干，即得所需的5mol％Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
测定样品的光电流密度：配置0.2mol/L Na2SO4溶液，倒入石英池中，采用三电极***，工作电极、参比电极、对电极分别为得到的5mol％的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极、银/氯化银电极、铂丝电极。以氙灯作为入射光源，调节入射光强为100mW/cm2，选择LSV曲线，设置偏压范围为-0.8～0.8V，扫描速率为0.01V/s；利用公式E标准＝E银/氯化银+0.0591×7+0.197对银/氯化银电极的电势进行转换，测得在1.23V(vs RHE)处的电流密度为2.15mA/cm。

Claims (8)

1.一种Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，其特征在于，在电极本体上有一层Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒构成的薄膜。
2.根据权利要求1所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，其特征在于，所述BiVO4为单斜白钨矿结构，所述Ni掺杂的BiVO4纳米颗粒的粒径为200～400nm，所述BiVO4薄膜的厚度为0.9～1.2μm。
3.根据权利要求1所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，其特征在于，Ni在所述BiVO4薄膜中的摩尔分数为1mol％-10mol％。
4.根据权利要求1所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极，其特征在于，所述电极本体为FTO导电玻璃。
5.根据权利要求1所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碘盐溶于去离子水中调节pH值为1～2，加入铋盐和镍盐得到溶液；
(2)将对苯醌溶于无水乙醇中，加入步骤(1)中的溶液得到混合溶液；
(3)将步骤(2)中的混合溶液进行电沉积，工作电极为权利要求书1所述的电极本体，在电极本体表面沉积得到一层BiOI；
(4)将VO(acac)2溶于DMSO中形成溶液，取适量滴于步骤(3)得到的沉积了BiOI的电极表面，真空干燥6～8小时，干燥温度为40～60℃；
(5)将步骤(4)得到的电极在300～600℃的马弗炉中煅烧，煅烧时间为2～4小时；
(6)用碱溶液洗涤步骤(5)得到的电极，再用水冲洗干净，晾干即得到所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的镍盐为六水合硝酸镍、六水合硫酸镍、六水合氯化镍的一种。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的电极本体为FTO导电玻璃；参比电极别为银/氯化银电极，对电极为铂丝电极。
8.根据权利要求1所述的Ni掺杂的BiVO4薄膜光电阳极用于光电化学分解水的用途。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109395736A (zh) * 2018-12-05 2019-03-01 济南大学 一种互相交错式的月牙型钒酸铋复合材料的制备方法
CN110042391A (zh) * 2019-05-05 2019-07-23 上海大学 基于阳极氧化铝模板的钒酸铋纳米颗粒包裹的镍阵列方法
CN114293209A (zh) * 2021-12-03 2022-04-08 华南理工大学 一种用于CO2电还原高效产甲酸的Ni调控Bi-p轨道催化剂及其制备方法与应用
CN114411168A (zh) * 2022-01-24 2022-04-29 中国矿业大学 一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO4光电极及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101775615A (zh) * 2010-01-20 2010-07-14 南京大学 BiVO4纳米光电极及其在分解水制氢方面的应用
CN106898780A (zh) * 2017-01-22 2017-06-27 天津大学 一种具有多层BiVO4的电极、其制备方法及其在光电催化中的用途
CN107324441A (zh) * 2017-07-07 2017-11-07 黄河科技学院 镍铁羟基氧化物修饰钒酸铋光电极及其制备方法、应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101775615A (zh) * 2010-01-20 2010-07-14 南京大学 BiVO4纳米光电极及其在分解水制氢方面的应用
CN106898780A (zh) * 2017-01-22 2017-06-27 天津大学 一种具有多层BiVO4的电极、其制备方法及其在光电催化中的用途
CN107324441A (zh) * 2017-07-07 2017-11-07 黄河科技学院 镍铁羟基氧化物修饰钒酸铋光电极及其制备方法、应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIN ZHOU ET AL: "Synthesis ofvisible-light sensitive M–BiVO4 (M=Ag,Co,and Ni) for the photocatalytic degradationoforganicpollutants", 《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》 *
JIN-MENG WU ET AL: "Multi-layer monoclinic BiVO4 with oxygen vacancies and V4+ species for highly efficient visible-light photoelectrochemical applications", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 *
MIN WANG ETC: "Effects of Ni doping contents on photocatalytic activity of", 《TRANS. NONFERROUS MET. SOC. CHINA》 *
陈渊等: "可见光催化剂Ni-BiVO4的水热合成及其光催化性能研究", 《人工晶体学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109395736A (zh) * 2018-12-05 2019-03-01 济南大学 一种互相交错式的月牙型钒酸铋复合材料的制备方法
CN110042391A (zh) * 2019-05-05 2019-07-23 上海大学 基于阳极氧化铝模板的钒酸铋纳米颗粒包裹的镍阵列方法
CN110042391B (zh) * 2019-05-05 2021-04-09 上海大学 基于阳极氧化铝模板的钒酸铋纳米颗粒包裹的镍阵列方法
CN114293209A (zh) * 2021-12-03 2022-04-08 华南理工大学 一种用于CO2电还原高效产甲酸的Ni调控Bi-p轨道催化剂及其制备方法与应用
CN114293209B (zh) * 2021-12-03 2023-02-14 华南理工大学 一种用于CO2电还原高效产甲酸的Ni调控Bi-p轨道催化剂及其制备方法与应用
CN114411168A (zh) * 2022-01-24 2022-04-29 中国矿业大学 一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO4光电极及其制备方法
CN114411168B (zh) * 2022-01-24 2024-02-09 中国矿业大学 一种钴镧共掺杂可见光响应BiVO4光电极及其制备方法

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