一种钴微米花-钒酸铋纳米光阳极催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钴微米花

【技术实现步骤摘要】
一种钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光电催化材料
，具体涉及一种钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]光电化学
(Photoelectrochemical)
分解水制氢，即太阳能在半导体光电极催化作用下直接分解水产生
H2，可以一步实现太阳能到氢能的转化
。
这项技术具有反应条件温和
、
成本较低和环境友好的特点，是最有研究价值和应用潜力的方法之一
。
但光电化学电池太阳能到氢能的转化效率偏低，尚达不到可以满足最低的工业化需求
。
目前，
BiVO4凭借其合适的带隙足够正的价带边沿
(VB
，
)
，而成为该领域的热点研究材料
。
但
BiVO4光阳极在光电化学水分解中存在电子迁移率低，严重的电子
‑
空穴复合和缓慢的表面水氧化反应等缺陷，阻碍了太阳能到氢能的转化效率，影响了其工业化
。
因此，提升
BiVO4光阳极的光电转化效率成为光电化学电池阳极催化剂研究的重点，尽管对于
BiVO4光阳极的改性研究已经取得了一定的进展，但其光电流密度，以及光稳定性仍达不到工业化需求
。
故研究开发更高光电流密度，更佳稳定性的
BiVO4复合光阳极势在必行
。/>已有研究表明在
BiVO4光阳极表面复合助催化剂，进行界面重构，形成
M
‑
BiVO4复合光阳极，不仅可以改善
BiVO4光阳极缓慢的析氧反应动力学，还可以提升
BiVO4光阳极的稳定性，例如公开号为
CN109876867A
的中国专利申请文献中公开了一种双金属
‑
有机骨架
/
钒酸铋复合光电阳极材料的制备方法，其是以
CoCl2.6H2O
和
NiCl2.6H2O
为原料，苯二甲酸为配体骨架，
BiVO4电极为基体，在
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
无水乙醇
、
蒸馏水的混合溶液中，通过水热法形成三维菱形四方体结构的金属骨架
NiCo
‑
MOFs
，并负载在
BiVO4薄膜上，获得光电阳极材料
NiCo
‑
MOFs/BiVO4。
由于双金属中心的耦合效应促进了电子从有机配体向金属中心的转移，促进了电荷分离
。
此外，三维菱形四方体的金属骨架结构和足够大的接触区域，使其可以有效地捕获光，降低电荷转移电阻，加速载流子的快速迁移，从而抑制电子空穴对的复合，进而有效改善了
BiVO4的电化学性能；但是，上述专利中需掺杂两种金属且所得材料的催化水氧化活性仍不理想
。
所以寻找合适的材料构建
M
‑
BiVO4复合体系是
BiVO4光阳极改性研究的重点，在众多金属中，
Co
做为最具催化活性的过渡金属催化剂之一，备受研究者的关注
。
其储藏量大，价格便宜，也符合工业化的标准，故构建
Co
‑
BiVO4复合体系具有广阔的应用价值
。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种尺寸一致的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂及其制备方法，所述制备方法工艺简单
、
成本低
、
重复性好，催化剂用于光电催化水氧化表现出优异的催化性能
。
[0004]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0005]一种钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、
将
N,N
‑
二甲基甲酰胺与无水甲醇混合均匀形成混合溶液；
[0007]S2、
将混合溶液
、
手性席夫碱羧酸配体
、4
，4’‑
联吡啶与氯化钴水溶液混合均匀得到前驱体溶液；其中，所述手性席夫碱羧酸配体的结构式为
[0008]S3、
将
BiVO4/FTO
光电极导电面朝下置于聚四氟乙烯反应器中，注入前驱体溶液，用水热反应釜密封后，在
60
～
110℃
下反应，反应结束后冷却至室温得到所述钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂
。
[0009]优选地，在
S1
中，所述
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
无水甲醇的体积比为1‑2：8‑
9。
[0010]优选地，所述
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
无水甲醇的体积比为
1.5
：
8.5。
[0011]优选地，在
S2
中，所述手性席夫碱羧酸配体
、4
，4’‑
联吡啶的质量比为
30
‑
150
：
10
‑
60。
[0012]优选地，所述手性席夫碱羧酸配体
、4
，4’‑
联吡啶的质量比为
8.6
：
3。
[0013]优选地，在
S2
中，所述手性席夫碱羧酸配体与混合溶液的质量体积比为
34.4
‑
103.2mg
：
10ml。
[0014]优选地，在
S2
中，氯化钴水溶液中的氯化钴与手性席夫碱羧酸配体的摩尔比为2‑1：
1。
[0015]优选地，在
S3
中，所述反应的时间为
12
‑
48h。
[0016]优选地，在
S3
中，还包括将冷却至室温后的产物进行洗涤
、
烘干
。
[0017]优选地，所述洗涤是指用
N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水甲醇依次交叉进行洗涤，洗涤次数为3～5次
。
[0018]优选地，所述烘干的温度为
60
～
80℃。
[0019]本专利技术还提出一种钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂，采用所述的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法制备而成
。
[0020]本专利技术还提出一种所述的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂作为催化水氧化反应的光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
将
N,N
‑
二甲基甲酰胺与无水甲醇混合均匀形成混合溶液；
S2、
将混合溶液
、
手性席夫碱羧酸配体
、4
，4’‑
联吡啶与氯化钴水溶液混合均匀得到前驱体溶液；其中，所述手性席夫碱羧酸配体的结构式为
S3、
将
BiVO4/FTO
光电极导电面朝下置于聚四氟乙烯反应器中，注入前驱体溶液，用水热反应釜密封后，在
60
～
110℃
下反应，反应结束后冷却至室温得到所述钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂
。2.
根据权利要求1所述的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法，其特征在于：在
S1
中，所述
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
无水甲醇的体积比为1‑2：8‑
9。3.
根据权利要求2所述的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法，其特征在于：所述
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
无水甲醇的体积比为
1.5
：
8.5。4.
根据权利要求1所述的钴微米花
‑
钒酸铋纳米光阳极催化剂的制备方法，其特征在于：在
S2
中，所述手性席夫碱羧酸配体
、4

【专利技术属性】
技术研发人员：李有桂，李阳培，张一新，余浩，朱成峰，付延明，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：