一种立方形貌Bi24(VO4)(BiO4)O32纳米颗粒的制备方法、纳米颗粒光电极及其应用

本发明属于光电催化材料领域，涉及一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒（c-bi24(vo4)(bio4)o32）的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着人类生产力水平和环境保护意识的不断发展，对可持续和环境友好型能源的需求日益增加，相关技术的研究也成为热点领域。太阳能的发展潜力已得到广泛认可，其储量大且地域限制弱的特点为其划定了广泛的应用范围。但其辐射强度较低且具有间歇性，转化过程需要有效的收集和储存策略。

2、氢作为一种来源于水的绿色能源，可以满足可持续发展的要求并且具有非常高的能量密度。目前氢能的实际应用仍依赖于化石燃料等不可再生能源，实现太阳能到氢能的高效转化可看作解锁能源枷锁的钥匙之一。

3、对于光电化学（pec）水分解体系，据其实用性研究表明，限制其应用的主要因素为系统的效率、稳定性和设备成本。因此该方向研究最重要的任务为开发高效、稳定、成本低的光电极。

4、含铋半导体材料由于具有较好的可见光吸收性能而受到人们的广泛关注。氧化铋(bi2o3)是一种可见光活性半导体，其直接带隙为2.8~2.9ev，但在反应过程中可能发生结构转变，导致活性降低。有效利用层间空间可能是提高材料活动性的有效途径。由于钒钛氧化物容易形成层状氧化物并与铋层状氧化物复合，科学家研究了含铋氧化物的亚固相关系，并指出bi24(vo4)(bio4)o32具有较高的光催化活性，适用于染料降解等方面，为了进一步提高其活性并探究其在光电催化领域的应用，本申请通过调控粒径和形貌制备了一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒（c-bi24(vo4)(bio4)o32），并开发了其在光电催化领域的应用。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的第一目的是提供一种光催化活性更高的立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒（c-bi24(vo4)(bio4)o32）的制备方法。

2、本发明的第二目的是提供利用上述制备方法制备得到的立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒。

3、本发明的第三目的是提供一种利用上述纳米颗粒制作光电极的方法。

4、本发明的第四目的是提供上述光电极在光电催化水分解中的应用。

5、为实现其目的，本发明采用如下技术方案：

6、本发明提供的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

7、（1）m-bivo4纳米颗粒的制备：将bi(no3)3·5h2o和nh4vo3混合后溶于硝酸溶液中，室温搅拌混合均匀，采用nh4oh调节ph至7~10，转入高压釜，在150 ~ 200℃下进行水热反应，反应产物自然冷却至室温，用乙醇、去离子水清洗后干燥，得到m-bivo4纳米颗粒；

8、（2）立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备：称取步骤（1）中m-bivo4纳米颗粒，加入naoh水溶液中，油浴回流2-6h，自然冷却至室温，产物用乙醇、去离子水清洗后干燥，得到立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒，记为c-bi24(vo4)(bio4)o32。

9、作为本发明技术方案的进一步优选，步骤（1）中，所述bi(no3)3·5h2o和nh4vo3的摩尔比为0.75 ~ 1.5:1。

10、进一步地，步骤（1）中，所述硝酸溶液的摩尔浓度为2m；所述水热反应的时间为20~ 30 h。

11、进一步地，步骤（2）中，m-bivo4与naoh的摩尔比为0.01~0.1:1；所述油浴的温度为110 ~ 130 ℃，油浴回流的时间为2 h。

12、本发明提供的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒光电极，是将上述c-bi24(vo4)(bio4)o32与n，n-二甲基甲酰胺混合超声，制得浆料，将所述浆料涂布于fto导电面，在25 ~ 70℃下干燥0.5 ~ 3 h得到。

13、进一步地，所述浆料的质量体积浓度为5 ~ 20 g/l。

14、本发明还提供了所述立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒光电极在光电催化水分解中的应用。

15、1、本发明采用易于合成的m-bivo4纳米颗粒作为前驱体，采用水热法通过条件控制，在较易实现的m-bivo4与naoh的摩尔比为0.01~0.1:1的碱性条件下制得了具有立方形貌的bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒。

16、2、本发明方法与现有bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒制备方法相比，工艺流程短，条件相对温和，因此对设备的要求低，生产成本也将相应减少。

17、3、采用本发明方法制备的立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒可以用于光电极的制备，该光电极相比于现有的不规则球状bi24(vo4)(bio4)o32光电极，具有更高的光电流密度，电荷重组程度降低，且具有更高的光电转化效率、更强的电荷转移动力学和载流子浓度，可用于光电催化反应中。具体的，可用于光电催化水分解，在环保领域用于治理废水，相对于光催化，光电催化不需要添加化学试剂，无二次污染，同时能实现能源的再生利用。

技术特征：

1.一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述bi(no3)3·5h2o和nh4vo3的摩尔比为0.75 ~ 1.5:1。

3.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硝酸溶液的摩尔浓度为2m。

4.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述水热反应的时间为20 ~ 30 h。

5.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，m-bivo4与naoh的摩尔比为0.01~0.1:1。

6.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述油浴的温度为110 ~ 130 ℃。

7.如权利要求1所述的一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述油浴回流的时间为2 h。

8.一种立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒光电极，其特征在于，将权利要求1-7任一项所述的c-bi24(vo4)(bio4)o32与n，n-二甲基甲酰胺混合超声，制得浆料，将所述浆料涂布于fto衬底的导电表面，在25~ 70℃下干燥0.5 ~ 3 h，得到所述光电极。

9.如权利要求8所述的一种光电极，其特征在于，所述浆料的质量体积浓度为5 ~ 20g/l。

10.如权利要求8所述的立方形貌bi24(vo4)(bio4)o32纳米颗粒光电极在光电催化水分解中的应用。

技术总结本发明公开了一种立方形貌Bi24(VO4)(BiO4)O32纳米颗粒的制备方法、纳米颗粒光电极及其应用。所述制备方法包括：（1）水热法制备m‑BiVO4纳米颗粒；（2）将所述m‑BiVO4纳米颗粒加入NaOH水溶液中，油浴回流2‑6h，自然冷却至室温，产物用乙醇、去离子水清洗后干燥，得到立方形貌Bi24(VO4)(BiO4)O32纳米颗粒。该立方形貌Bi24(VO4)(BiO4)O32纳米颗粒可以用于光电极的制备，该光电极相比于现有的不规则球状Bi24(VO4)(BiO4)O32光电极，具有更高的光电流密度，电荷重组程度降低，且具有更高的光电转化效率、更强的电荷转移动力学和载流子浓度，可用于光电催化反应中。具体的，可用于光电催化水分解，在环保领域用于治理废水，相对于光催化，光电催化不需要添加化学试剂，无二次污染，同时能实现能源的再生利用。技术研发人员：冯晨晨,王泺灏,贾学豪,邵晓娇受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9