一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极及制备方法和应用

本申请属于光电催化材料，更具体地说，是涉及一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极及制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会的发展，经济效益不断增长的同时，能源、环境等方面成为制约社会发展的重要问题，寻找高效率、无污染的清洁能源是实现社会绿色低碳发展的关键一步。氢能被誉为“21世纪的终极能源”，是一种公认的清洁能源，发展氢能已被视为我国清洁能源转型和实现“双碳”的重要路径，利用太阳光制取氢能用来代替化石原料是科研工作者的目标。光电化学(pec)技术具备较低的生产成本和较高的光电性能，近年来在制备无污染的清洁能源方面受到了广泛的关注。

2、钒酸铋(bivo4)作为一种半导体材料，具备较窄的带隙和足够深的价带，对太阳光的吸收范围比较宽，又因其稳定性好、环境友好等特性在光电催化制氢领域受到了广泛的关注。钒酸铋由于其优异的特性表现出足够高的理论光电流密度，但是仍然存在着电子-空穴复合严重、表面水氧化动力学缓慢等问题，导致实际的光电流密度极低，限制了其产氢产氧效率。

3、目前cn202011481971.4专利发明了一种金(au)纳米颗粒修饰的钒酸铋(bivo4)光阳极，利用金表面等离子体共振效应扩大光吸收范围，提高光电流密度，但是金与钒酸铋界面的电子-空穴复合率以及钒酸铋表面水氧化反应速率缓慢仍未得到有效解决，光电流密度仍有待提高。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极及制备方法和应用，以解决现有技术中的钒酸铋光阳极表面水氧化反应速率缓慢、光电流密度较低的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请的第一方面，提供了一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，包括以下步骤：

3、以fto玻璃板作为工作电极，在其上沉积钒酸铋薄膜，得到bivo4；

4、将所述bivo4置于金纳米颗粒溶液中浸泡，得到au/bivo4；

5、将所述au/bivo4作为工作电极，含钴盐、磷酸盐的混合溶液作为电解质溶液，在其上沉积磷酸钴，得到copi/au/bivo4；

6、将所述copi/au/bivo4在还原气氛下退火，得到smsi-copi/auδ-/bivo4光阳极。

7、进一步地，所述金纳米颗粒溶液通过以下方法制备：配制氯金酸水溶液，向其中加入二水柠檬酸钠溶液，在70～90℃下搅拌反应15～30min。

8、进一步地，所述氯金酸水溶液为50ml浓度为0.4mm的氯金酸，所述二水柠檬酸钠溶液为5ml质量分数为1～2％的二水柠檬酸钠。

9、进一步地，所述浸泡时间为5min～3h。

10、进一步地，所述含钴盐、磷酸盐的混合溶液中含有硝酸钴、磷酸二氢钾和磷酸氢二钾。

11、进一步地，所述含钴盐、磷酸盐的混合溶液中，所述硝酸钴浓度为0.001～0.01mm，所述磷酸二氢钾浓度为0.1～0.5mm，所述磷酸氢二钾浓度为0.2～1mm。

12、进一步地，所述copi/au/bivo4的制备过程中，以ag/agcl作为参比电极，pt片作为对电极，电沉积电位为0.4v vs ag/agcl，时间为1～10min。

13、进一步地，退火温度为200～400℃，退火时间30～120min。

14、本申请的第二方面，提供了一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极，采用上述任一项所述的制备方法制备得到。

15、本申请的第三方面，提供了一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极在电催化分解水制氢中的应用。

16、与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：

17、本申请的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法在钒酸铋薄膜上先复合金纳米颗粒，之后再复合磷酸钴，并通过在还原气氛下退火处理原位产生富电子金，形成具有金属-载体强相互作用的磷酸钴/富电子金/钒酸铋(smsi-copi/auδ-/bivo4)光阳极，协同提升了电子-空穴的界面分离效率和表面水氧化动力学，提高了钒酸铋光阳极的光电流密度。

18、本申请的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极由于金属-载体强的相互作用，诱导了富电子金的形成和钒源的掺杂，在金的掺杂、磷酸钴的负载、金属-载体强相互作用的协同作用下，光阳极的光电流密度显著提升，在水氧化电位(1.23v vs.rhe)下，smsi-copi/auδ-/bivo4光阳极的光电流密度达到5.2ma cm-2。

技术特征：

1.一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述金纳米颗粒溶液通过以下方法制备：配制氯金酸水溶液，向其中加入二水柠檬酸钠溶液，在70～90℃下搅拌反应15～30min。

3.如权利要求2所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述氯金酸水溶液为50ml浓度为0.4mm的氯金酸，所述二水柠檬酸钠溶液为5ml质量分数为1～2％的二水柠檬酸钠。

4.如权利要求3所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述浸泡时间为5min～3h。

5.如权利要求1所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述含钴盐、磷酸盐的混合溶液中含有硝酸钴、磷酸二氢钾和磷酸氢二钾。

6.如权利要求5所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述含钴盐、磷酸盐的混合溶液中，所述硝酸钴浓度为0.001～0.01mm，所述磷酸二氢钾浓度为0.1～0.5mm，所述磷酸氢二钾浓度为0.2～1mm。

7.如权利要求1所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述copi/au/bivo4的制备过程中，以ag/agcl作为参比电极，pt片作为对电极，电沉积电位为0.4v vs ag/agcl，时间为1～10min。

8.如权利要求1所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极的制备方法，其特征在于，所述退火温度为200～400℃，退火时间30～120min。

9.一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极在电催化分解水制氢中的应用。

技术总结本申请提供了一种磷酸钴/富电子金/钒酸铋光阳极及制备方法和应用，该光阳极的制备包括以下步骤：以FTO玻璃板作为工作电极，在其上沉积钒酸铋薄膜，得到BiVO<subgt;4</subgt;；将BiVO<subgt;4</subgt;置于金纳米颗粒溶液中浸泡，得到Au/BiVO<subgt;4</subgt;；将Au/BiVO<subgt;4</subgt;作为工作电极，含钴盐、磷酸盐的混合溶液作为电解质溶液，在其上沉积磷酸钴，得到CoPi/Au/BiVO<subgt;4</subgt;；将CoPi/Au/BiVO<subgt;4</subgt;在还原气氛下退火，得到SMSI‑CoPi/Au<supgt;δ‑</supgt;/BiVO<subgt;4</subgt;光阳极。本申请的磷酸钴富电子金钒酸铋光阳极由于金属‑载体强的相互作用，诱导了富电子金的形成和钒源的掺杂，在金的掺杂、磷酸钴的负载、金属‑载体强相互作用的协同作用下，光阳极的光电流密度显著提升，在水氧化电位(1.23V vs.RHE)下，SMSI‑CoPi/Au<supgt;δ‑</supgt;/BiVO<subgt;4</subgt;光阳极的光电流密度达到5.2mA cm<supgt;‑2</supgt;。技术研发人员：刘学琴,曹宇,何冰受保护的技术使用者：武汉纺织大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17