一种B-FeVOx/BiVO4光阳极及制备与应用

本发明涉及一种b-fevox/bivo4光阳极的制备及应用。在原始bivo4光阳极上负载了无定形的fevox助催化剂，并通过硼酸盐浸泡处理，复合光阳极在1.23vrhe下展现优异的光电流密度和光利用效率，有望应用于碱性条件下光电催化分解水产氢领域。

背景技术：

1、光电化学(pec)水分解制氢被认为是太阳能存储和转换的有效策略之一，以缓解能源和环境问题。钒酸铋(bivo4)由于其具有吸收可见光的窄带隙(2.4ev)、合适的带边缘位置、低成本和无毒特性，已被证明是最有前途的光电化学(pec)水分解半导体之一。然而，迄今为止报道的bivo4的光电流密度通常低于其理论值(7.5ma cm-2)，由于析氧反应(oer)涉及四个电子的转移，因此oer过程中的动力学非常缓慢，导致严重的表面电荷复合，且缓慢的水氧化反应动力学严重限制了其太阳能-氢气(sth)能量转换效率。因此，寻找和设计高效的bivo4光阳极是至关重要的。

2、目前，负载助催化剂是改善其光阳极光电性能最有效的途径之一。通过在两种材料的界面上嵌入一个配位剂来调节界面能被认为是构筑复合光阳极的一种有效策略，尤其是晶型差距比较大的材料。

技术实现思路

1、本发明采用硼酸盐溶液浸泡使bivo4与助催化剂之间形成配位作用，吸附的[b(oh)4]-可以作为钝化剂来减少电荷复合并促进空穴提取到bivo4表面。[b(oh)4]-与bivo4表面的助催化剂活性位点也发生相互作用，这种催化活性位点的锚定显著加速了水氧化的反应速率，所产生的配体效应，可以改变bi催化位点的电子构型，从而加快o-o键的形成速率。因此，硼配位剂与助催化剂界面结合的更加紧密，促进了电荷传输到表面，与活性位点的结合，促进了载流子的分离，提高了反应速率，从而改善水氧化反应。

2、一种b-fevox/bivo4光阳极的制备，具体步骤如下

3、(1)通过电沉积加煅烧的方法合成原始bivo4光阳极，以待备用。先将六水三氯化铁(fecl3·6h2o)1.082g(4mmol)，偏钒酸铵(nh4vo3)0.468g(4mmol)，以及尿素0.600g，一起溶于80ml水中，搅拌30min，使其充分溶解，将原始bivo4光阳极斜放在反应釜中，将溶液倒入反应釜2/3的位置，放入烘箱中120℃反应30min。

4、(2)反应结束后取出，放置稍凉取出，去离子水冲洗，在室温下自然干燥，得到fevox/bivo4光阳极。

5、(3)将反应得到的fevox/bivo4光阳极浸泡在0.5mol/lk3bo3溶液中，浸泡30h，反应结束后，取出并用去离子水冲洗，在室温下自然干燥，得到b-fevox/bivo4光阳极。

6、本发明的优点是：制备工艺流程简单、条件温和、成本低，制备的b-fevox/bivo4光阳极。并且经过一系列的表征发现，fevox修饰导致催化剂表面无定型化。制备出的光阳极性能优异，该复合光阳极可应用于碱性溶液中光电催化分解水领域。

7、该催化剂可应用于光电催化分解水领域，并且复合光阳极在1.23vrhe下的光电流密度达到7.0ma cm-2，是原始bivo4光阳极(1.8ma cm-2)的3.9倍，光利用效率(abpe)在0.67vrhe时达到了达到了2.56％，是原始bivo4光阳极(0.91vrhe时0.28％)的9.1倍，是目前发表的文章中光电化学性达到的最高水平。

技术特征：

1.一种b-fevox/bivo4光阳极的制备方法，其特征在于：1)使用水热法将fevox助催化剂负载到修饰于基底上的bivo4上，得fevox/bivo4；2)采用浸泡法将b负载于fevox/bivo4上，制得光阳极b-fevox/bivo4。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

6.按照权利要求2所述制备方法，其特征在于：

7.一种权利要求6所述的b-fevox/bivo4光阳极作为工作电极活性成分应用于在碱性溶液中的光电催化分解水。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：

技术总结本发明涉及的是B‑FeVO<subgt;x</subgt;/BiVO<subgt;4</subgt;复合光阳极及制备与应用。该催化剂的制备过程如下：1)使用水热法将FeVO<subgt;x</subgt;助催化剂负载到修饰于基底上的BiVO<subgt;4</subgt;上，得FeVOx/BiVO<subgt;4</subgt;；2)采用浸泡法将B负载于FeVO<subgt;x</subgt;/BiVO<subgt;4</subgt;上，制得光阳极B‑FeVO<subgt;x</subgt;/BiVO<subgt;4</subgt;。本发明的优点是：制备条件温和，工艺简单，在载体上负载FeVO<subgt;x</subgt;催化剂表面呈现出无定型化结构，硼酸盐溶液的进一步浸泡使BiVO<subgt;4</subgt;表面发生钝化，吸附的[B(OH)<subgt;4</subgt;]<supgt;‑</supgt;可以作为钝化剂来减少电荷复合并促进空穴提取到表面，且硼配位与助催化剂的结合使催化剂比表面积增大，活性位点数增多，从而改善水氧化反应。技术研发人员：王薇,肖瑞,马保军受保护的技术使用者：宁夏大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18