一种NiO/Mo:BiVO4光阳极及其制备方法

本发明属于光电化学，具体涉及一种nio/mo:bivo4光阳极及其制备方法。

背景技术：

1、光电化学分解水产氢是解决能源危机的有效手段。bivo4作为一种n型半导体，具有成本低、安全、稳定等特点，在以往的研究中，已证明bivo4具有2.4ev的带隙宽度，在一个太阳光照射下，最大理论光电流约为7.5ma cm-2。价带比水氧化电位更正，具有较大的水氧化动力。但是载流子迁移率低、复合率高、表面反应速率缓慢也是不能忽视的缺点。与不同材料构建异质结可以提高bivo4的水氧化性能。nio因为导带和价带均比bivo4更负，常作为bivo4上层被应用。nio上层可以为bivo4提供更多活性位点、增加能带弯曲或减小反应过电位，一些nio-bivo4复合材料可以改善电极的表面钝化，而为了更快地引导载流子的输运、减少界面间的缺陷和优化晶格匹配程度，常有氧化物作为bivo4底层，以往的研究中常用的氧化物有sno2、wo3、fe2o3、tio2、lu2o3和一些铋系化合物，例如文献“atomically dispersediridium catalysts on silicon photoanode for efficientphotoelectrochemicalwater splitting”，但因为氧化物导电性差，常需要配合表层的金属催化剂来增强载流子的输运，而考虑到电极的透光性，金属催化剂通常以量子点的形式分布在电极表面，金属量子点在氧化物上的锚定还需考虑更多的因素。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种nio/mo:bivo4光阳极及其制备方法，采用超薄nio层同时作为隧穿层和钝化层，可以快速导走在光照下发生分离的电子和空穴，减少复合，钝化fto/bivo4界面的缺陷，同时采用金属有机分解法和电沉积法制备mo:bivo4层，提高光阳极的光电性能，具有工艺简单且易实现的特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种nio/mo:bivo4光阳极，光阳极为层状，包括导电玻璃fto，所述导电玻璃fto上依次负载超薄nio层和mo:bivo4层。

4、所述超薄nio层的厚度为0.5-7nm。

5、所述mo:bivo4层的厚度为20-30nm。

6、所述mo:bivo4层为将bivo4中3％-6％的v原子替代为mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3-6％(cmo/cv)。

7、一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤1，通过原子层沉积设备在导电玻璃fto上制备超薄nio层；

9、步骤2，在步骤1得到的超薄nio层上通过金属有机分解法或电沉积法制备mo:bivo4层，得到nio/mo:bivo4光阳极。

10、所述金属有机分解法制备mo:bivo4层，具体步骤如下：

11、1)首先将0.25-0.3g bi(no3)3·5h2o溶于1.1-2ml乙二醇、1.5-2.5ml乙酸和0.2-1ml去离子水中，充分搅拌后，加入0.3-0.5g乙酰丙酮氧钒和0.1-0.3ml乙酰丙酮钼的乙二醇溶液，搅拌溶解后，加入0.3-0.5g聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇，搅拌溶解后得到mo:bivo4的前驱体溶液；

12、2)在步骤1得到的导电玻璃fto上，旋涂前驱体溶液，把nio层表面全部覆盖，并在50-150℃下干燥1-10min，在400-500℃下退火1-2.5h，在浓度为0.02-0.08wt％的naoh溶液中去除多余的v2o5，得到mo:bivo4层，厚度为20-30nm。

13、所述乙二醇的浓度为95-98wt％，所述乙酸的浓度为95-99.5wt％。

14、所述乙酰丙酮钼的乙二醇溶液具体为将0.05-0.2g乙酰丙酮钼溶于1-2ml乙二醇中。

15、所述电沉积法制备mo:bivo4层，具体步骤如下：

16、1)取0.8-1.2g bi(no3)3·5h2o和4.5-6gnai溶于70-100ml去离子水中，调节溶液ph值为1-1.5，加入50-60ml对苯醌的乙醇溶液，搅拌均匀及得电沉积液；

17、2)采用三电极体系，工作电极为步骤1得到的负载nio的导电玻璃fto，对电极采用铂片或钛片，参比电极采用ag/agcl参比电极；沉积电位采用-0.5～-1v，沉积时间为30-60秒，得到bioi薄膜；

18、3)在bioi薄膜上涂布0.03-0.06ml乙酰丙酮氧钒溶液，50-80℃干燥后，在400-500℃条件下退火60-120分钟，得到亮黄色的薄膜；

19、4)将亮黄色的薄膜在浓度为0.02-0.08wt％的naoh溶液中去除多余的v2o5，得到mo:bivo4层，厚度为20-30nm。

20、所述乙酰丙酮氧钒溶液的浓度为0.04-0.06wt％。

21、所述对苯醌的乙醇溶液具体为将1.1-3.3g对苯醌溶解于50-60ml乙醇中。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

23、(1)本发明用超薄nio层同时作为隧穿层和钝化层，基于nio和mo:bivo4的能带位置，普通nio层作为mo:bivo4底层时会阻碍载流子输运，而超薄的nio层引起的电子隧穿效应和对fto/mo:bivo4界面处缺陷的钝化促进了载流子的输运，极大的提升了电极性能的提升。

24、(2)本发明采用电沉积法和金属有机分解法，工艺简单且易实现，在fto/nio上制备了具有更高光电性能的fto/nio/mo:bivo4光阳极，极大的提高了光电流和光电转化效率。

25、综上，本发明采用超薄nio层同时作为隧穿层和钝化层，可以快速导走在光照下发生分离的电子和空穴，减少复合，钝化fto/bivo4界面的缺陷，同时采用工艺简单且易实现的金属有机分解法和电沉积法制备mo:bivo4层，提高光阳极的光电性能。

技术特征：

1.一种nio/mo:bivo4光阳极，其特征在于，所述光阳极为层状，包括导电玻璃fto，导电玻璃fto上依次负载超薄nio层和mo:bivo4层。

2.根据权利要求1所述的一种nio/mo:bivo4光阳极，其特征在于，所述超薄nio层的厚度为0.5-7nm。

3.根据权利要求1所述的一种nio/mo:bivo4光阳极，其特征在于，所述mo:bivo4层的厚度为20-30nm。

4.根据权利要求1所述的一种nio/mo:bivo4光阳极，其特征在于，所述mo:bivo4层为将bivo4中3％-6％的v原子替代为mo原子，前驱体溶液的掺杂浓度为3-6％(cmo/cv)。

5.一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，所述金属有机分解法制备mo:bivo4层，具体步骤如下：

7.根据权利要求6所述的一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，所述乙二醇的浓度为95-98wt％，所述乙酸的浓度为95-99.5wt％，所述乙酰丙酮钼的乙二醇溶液具体为将0.05-0.2g乙酰丙酮钼溶于1-2ml乙二醇中。

8.根据权利要求5所述的一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，所述电沉积法制备mo:bivo4层，具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，所述乙酰丙酮氧钒溶液的浓度为0.04-0.06wt％，所述对苯醌的乙醇溶液具体为将1.1-3.3g对苯醌溶解于50-60ml乙醇中。

10.根据权利要求5所述的一种nio/mo:bivo4光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中超薄nio层的厚度为0.5-7nm。

技术总结一种NiO/Mo:BiVO<subgt;4</subgt;光阳极及其制备方法，所述光阳极为层状，包括导电玻璃FTO，所述导电玻璃FTO上依次负载超薄NiO层和Mo:BiVO<subgt;4</subgt;层，制备方法为，首先通过原子层沉积设备在导电玻璃FTO上制备超薄NiO层，在得到的超薄NiO层上通过金属有机分解法或电沉积法制备Mo:BiVO<subgt;4</subgt;层，得到NiO/Mo:BiVO<subgt;4</subgt;光阳极；本发明可以快速导走在光照下发生分离的电子和空穴，减少复合，钝化FTO/BiVO<subgt;4</subgt;界面的缺陷，同时采用工艺简单且易实现的金属有机分解法和电沉积法制备Mo:BiVO<subgt;4</subgt;层，提高光阳极的光电性能，具有工艺简单且易实现的特点。技术研发人员：补钰煜,付涵朵受保护的技术使用者：西安电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22