一种钴锰离子共掺杂BiVO4光阳极及其制备方法和应用

本发明属于光电催化制氢领域，具体涉及一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、当前化石燃料的大量消耗已经对环境造成了极大的危害，发展清洁环保的可再生能源被认为是解决环境与能源危机的重要途径。氢能因其高能量密度和零污染气体排放而受到世界各国的广泛关注。在各种制氢技术中，光电化学(pec)水分解技术因其能够将丰富且可持续的太阳能转化为高效的氢能，有效应对能源危机而受到广泛研究。同时，开发高性能、丰度高、稳定的光阳极也至关重要。

3、近年来，bivo4因其合适的带隙、有利的价带位置和较低的成本在pec裂解水中得到了积极的探索。然而，纯bivo4具有电荷复合严重、水氧化动力学差、稳定性较差的缺陷，导致其裂解水性能无法达到预期。现有技术中将bivo4与过渡金属氧化物复合形成异质结构，以增强了载流子迁移率，抑制了电子空穴的复合。然而，光阳极催化水氧化为氧气的过程中需要依赖具有高价态的中间体提高催化能力，而具有稳定晶体结构的过渡金属氧化物难以进一步氧化转化高价态的中间体，光电性能仍存在一定限制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极及其制备方法和应用。本发明通过在bivo4表面浸渍钴、锰离子对其进行表面修饰，构建钴锰离子共掺杂bivo4光阳极，钴、锰离子在bivo4光阳极表面以二价或三价形式存在，有利于在光电催化过程中转化为羟基氧化物，从而提升bivo4的光电化学水分解制氢性能。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极的制备方法，包括以下步骤：

4、在30-70℃下将bivo4光阳极在含有钴盐和锰盐的溶液中浸渍0.5～5h，经干燥后即得钴锰离子共掺杂bivo4光阳极。

5、通过在较低温度下将bivo4光阳极浸渍于钴盐和锰盐的混合溶液中，可以使钴、锰以离子形式负载在bivo4光阳极上，而非现有技术中由水热得到的氧化物。

6、优选的，所述钴盐的浓度为0.01～0.06mol/l，所述锰盐的浓度为0.01～0.06mol/l。

7、优选的，所述钴盐包括硝酸钴和乙酸钴中的至少一种，所述锰盐包括硝酸锰和乙酸锰中的至少一种。

8、优选的，所述bivo4光阳极的制备方法包括以下步骤：

9、将硝酸铋加入到ph为1.7的碘化钾和硝酸的水溶液中得到混合液，然后混合液缓慢倒入对苯醌的乙醇溶液搅拌后得到电镀液，通过三电极体系以电镀液为电解液在掺氟氧化锡基底上电沉积得到biio，将含有乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液滴加到biio上，高温煅烧后并用naoh浸泡，得到bivo4光阳极。

10、进一步优选的，硝酸铋、碘化钾和苯醌的摩尔比为1:(9～11):(0.9～1)，混合液和对苯醌的乙醇溶液的体积比为(2～3):1。

11、进一步优选的，所述三电极体系中掺氟氧化锡为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电沉积的电压为-0.1v vs.ag/agcl，电沉积时间为180～240s。

12、进一步优选的，硝酸铋和乙酰丙酮氧钒的摩尔比为1:(0.05～0.1)。

13、进一步优选的，高温煅烧的温度为400～500℃，时间为1～3h，升温速度为1～3℃/min。

14、第二方面，本发明提供了一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极，通过如第一方面所述的制备方法获得。

15、第三方面，本发明提供了如第二方面所述的钴锰离子共掺杂bivo4光阳极在光电催化分解水制氢中的应用。

16、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

17、本发明通过简单的浸渍方法在bivo4光阳极上将co、mn离子成功掺入bivo4光阳极表面，未出现co、mn的氧化物。co、mn离子以二价和三价形式掺入bivo4光阳极表面，有利于在光电催化过程转化为羟基氧化物，提高光电化学活性的同时极大地增强了其稳定性，使复合光阳极在1.23v vs.rhe下光电流密度达到3.2ma/cm2。

技术特征：

1.一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐的浓度为0.01～0.06mol/l，所述锰盐的浓度为0.01～0.06mol/l。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐包括硝酸钴和乙酸钴中的至少一种，所述锰盐包括硝酸锰和乙酸锰中的至少一种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述bivo4光阳极的制备方法包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，硝酸铋、碘化钾和苯醌的摩尔比为1:(9～11):(0.9～1)，混合液和对苯醌的乙醇溶液的体积比为(2～3):1。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三电极体系中掺氟氧化锡为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电沉积的电压为-0.1v vs.ag/agcl，电沉积时间为180～240s。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，硝酸铋和乙酰丙酮氧钒的摩尔比为1:(0.05～0.1)。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，高温煅烧的温度为400～500℃，时间为1～3h，升温速度为1～3℃/min。

9.一种钴锰离子共掺杂bivo4光阳极，其特征在于，通过如权利要求1～8任一项所述的制备方法获得。

10.如权利要求9所述的钴锰离子共掺杂bivo4光阳极在光电催化分解水制氢中的应用。

技术总结本发明属于光电催化制氢领域，具体涉及一种钴锰离子共掺杂BiVO<subgt;4</subgt;光阳极及其制备方法和应用。钴锰离子共掺杂BiVO<subgt;4</subgt;光阳极的制备方法，包括以下步骤：在30‑70℃下将BiVO<subgt;4</subgt;光阳极在含有钴盐和锰盐的溶液中浸渍0.5～5h，经干燥后即得钴锰离子共掺杂BiVO<subgt;4</subgt;光阳极。本发明通过在BiVO4表面浸渍钴、锰离子对其进行表面修饰，构建钴锰离子共掺杂BiVO<subgt;4</subgt;光阳极，钴、锰离子在BiVO<subgt;4</subgt;光阳极表面以二价或三价形式存在，有利于在光电催化过程中转化为羟基氧化物，从而提升BiVO<subgt;4</subgt;的光电化学水分解制氢性能。技术研发人员：赖艳华,李昊伦,吕明新,田英男,董震受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11