一种钴酸镍/氧化镁/钒酸铋光阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：在基底材料上沉积BiVO4薄膜，然后通过电泳沉积法沉积MgO薄膜，依次经清洗、干燥和煅烧，制得MgO/BiVO4电极；旋涂NiCo2O4前驱体溶液，干燥，再于250

【技术实现步骤摘要】
一种钴酸镍/氧化镁/钒酸铋光阳极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电化学电池制备
，具体涉及一种NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电化学电池技术(PEC)是一种直接利用光能，并将其转化为化学能的新型电池技术，通常由具备光活性的光电极、电解液以及电路组成，其结构简单，广泛应用于太阳能转化领域，光电化学制氢系统，可以直接通过太阳能转化产生H2，被认为是最有吸引力且成本效益高的生产“绿色”燃料的技术之一。BiVO4具有带隙小、带边位置好、初始电位低、理论水分解效率高等优点，是目前最具吸引力的用于PEC分解水制氢的光阳极材料之一，理论上，在AM1.5G模拟太阳光下，BiVO4的水氧化光电流密度在1.23Vvs.RHE时，可以达到7.5mA
·
cm
‑2，但是，实验值远低于这个结果，这主要是因为BiVO4的空穴传输距离短，会引起严重的电子
‑
空穴复合，同时，BiVO4表面的水氧化动力学也较差，难以长时间保持高效分解水。因此，BiVO4具有良好的空穴导电性和优异的电荷转移对于光阳极的水氧化至关重要。高效析氧助催化剂(OEC)，例如Co3O4、FeCoO
X
、NiCo2O4、MnCo2O4和ZnCo2O4对加速BiVO4的空穴传输，以实现有效的水分解产生令人印象深刻的积极影响，将OEC通过电泳沉积工艺负载在BiVO4表面后，改性BiVO4光阳极具有优异的PEC水分解活性和优异的制氢性能，但是，OEC与BiVO4的界面存在载流子复合或被界面缺陷俘获等问题，限制了水的分解能力。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极及其制备方法，以解决现有技术中光阳极水分解性能差的问题。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极的制备方法，包括以下步骤：
[0005](1)在基底材料上沉积BiVO4薄膜，制得BiVO4电极；
[0006](2)在步骤(1)制得的BiVO4电极的BiVO4薄膜上，通过电泳沉积法沉积MgO薄膜，依次经清洗、干燥和煅烧，制得MgO/BiVO4电极；
[0007](3)在步骤(2)制得的MgO/BiVO4电极上，旋涂NiCo2O4前驱体溶液，干燥，于250
‑
350℃条件下，煅烧3.5
‑
4.5h，制得NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极。
[0008]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过简单的过电泳沉积法和旋涂方法，成功地将MgO钝化层和NiCo2O4析氧助催化剂层负载在BiVO4光阳极上，成功制备得到NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极(钴酸镍/氧化镁/钒酸铋光阳极)。首先，改性BiVO4可以提高光的利用率，进一步提高光电利用效率；其次，NiCo2O4的Ni/Co双金属活性位点加速了PEC分解水的过程，Ni(II)/Co(II)的高价态被氧化为三价Co和三价Ni，然后在空穴的作用下，进一步氧化为四价Co和四价Ni，在水分解过程中，不稳定的Ni(IV)和Co(IV)分别还原为Ni(II)、Co(II)；再次，添加MgO钝化层可以促进BiVO4表面的电荷转移，加速电荷载流子的转移，提高电荷注入和分离
的效率；最后，在BiVO4、MgO和NiCo2O4的协同作用下，不仅可以降低反应的初始过电位，而且可以降低电子和空穴的复合效率，NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极在PEC水分解性能上的显着提高，可归因于催化/吸收/协同三重功能。本专利技术制得的光阳极在1.23V vs.RHE时产生的最高光电流密度为4.6mA
·
cm
‑2，约为NiCo2O4/BiVO4光阳极的1.5倍、MgO/BiVO4光阳极的1.7倍和BiVO4光阳极的2.8倍。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0010]进一步，步骤(1)中基底材料为FTO玻璃。
[0011]进一步，步骤(1)中在基底材料上沉积BiVO4薄膜的具体方法为：将基底材料预处理，通过电泳沉积法在基底材料上沉积BiOI膜，清洗、烘干，然后滴涂V
5+
源，煅烧，制得BiVO4薄膜。
[0012]进一步，预处理的具体方法为：将基底材料置于体积比为0.8
‑
1.2：0.8
‑
1.2：1的异丙醇、丙酮和蒸馏水的混合溶液中，超声25
‑
35min，冲洗，干燥。
[0013]进一步，沉积BiOI膜的电泳沉积液通过以下方法制得：将Bi(NO3)3·
5H2O溶解在KI溶液中，调节pH值为1
‑
2，然后加入对苯醌的乙醇溶液，混合，制得电泳沉积液。
[0014]进一步，KI溶液浓度为0.3
‑
0.5mol/L，对苯醌的乙醇溶液浓度为0.2
‑
0.3mol/L，Bi(NO3)3·
5H2O、KI溶液和对苯醌的乙醇溶液质量体积比为0.8
‑
1.1g：45
‑
55mL：18
‑
22mL。
[0015]进一步，沉积BiOI膜的电泳沉积条件为：电位区域为
‑
0.13～0V，扫描速率为4
‑
6mV/s，电沉积圈数8
‑
12。
[0016]进一步，V
5+
源为浓度为0.1
‑
0.3mol/L VO(acac)2的DMSO溶液。
[0017]进一步，滴涂V
5+
源的体积为80
‑
120μL。
[0018]进一步，煅烧条件为：以1
‑
3℃/min的速率加热至400
‑
500℃保持1.5
‑
2.5h。
[0019]进一步，煅烧后，还将附有膜的基底材料浸入浓度为0.8
‑
1.2mol/L的NaOH溶液中，并搅拌1.5
‑
2.5h，清洗、烘干，制得BiVO4薄膜。
[0020]进一步，步骤(2)中电泳沉积条件为：沉积液为0.8
‑
1.2mol/L的MgNO3·
6H2O溶液，电位
‑
0.6～
‑
0.8V，沉积时间10
‑
60s。
[0021]进一步，步骤(2)中煅烧条件为：以1
‑
3℃/min的速率加热至450
‑
550℃保持0.8
‑
1.2h。
[0022]进一步，步骤(3)中NiCo2O4前驱体溶液通过以下方法制得：将NiCo2O4前驱体分散在DMF和Nafion的混合溶液中，制得NiCo2O4前驱体溶液；其中，NiC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基底材料上沉积BiVO4薄膜，制得BiVO4电极；(2)在步骤(1)制得的BiVO4电极的BiVO4薄膜上，通过电泳沉积法沉积MgO薄膜，依次经清洗、干燥和煅烧，制得MgO/BiVO4电极；(3)在步骤(2)制得的MgO/BiVO4电极上，旋涂NiCo2O4前驱体溶液，干燥，于250
‑
350℃条件下，煅烧3.5
‑
4.5h，制得NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极。2.根据权利要求1所述的NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在基底材料上沉积BiVO4薄膜的具体方法为：将基底材料预处理，通过电泳沉积法在基底材料上沉积BiOI膜，清洗、烘干，然后滴涂V
5+
源，煅烧，制得BiVO4薄膜。3.根据权利要求2所述的NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极的制备方法，其特征在于，V
5+
源为浓度为0.1
‑
0.3mol/L VO(acac)2的DMSO溶液。4.根据权利要求1所述的NiCo2O4/MgO/BiVO4光阳极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中电泳沉积条件为：沉积液为0.8
‑
1.2mol/L的MgNO3·
6H2O溶液，电位
‑
0.6～
‑
0.8V...

【专利技术属性】
技术研发人员：王其召，王李娜，陈凯怡，梅琼，丁飞，黄静伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：