【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电化学分解水制氢应用领域，具体涉及一种镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、太阳能驱动的光电化学(pec)水分解制氢是有效利用太阳能以缓解环境污染和能源危机的一种很有前途的解决方案。与其他制氢方式相比pec制氢技术具有产物单一易分离等特点。在pec水分解制氢系统中，n型半导体作为光阳极产生氧(o2)，p型半导体作为光阴极产生氢气(h2)。n型钒酸铋具有合适的能带能(～2.4ev)和有利于析氧的价带位置，是一种极具前景的水分解光阳极材料。与其他光阳极(如二氧化钛、氧化铁和钨酸)相比，它可以在低偏置电位下达到高光电流密度。据报道，在am 1.5g照明(100mw cm-2)下，钒酸铋可以提供7.5ma cm-2的理论光电流密度(jmax)，相当于9.2％的太阳能到氢能转换效率。然而，钒酸铋pec的性能通常受到低电荷分离和转移、严重的电荷重组和缓慢的水氧化动力学的限制。此外，观察到在pec分解水的过程中钒酸铋光阳极光腐蚀严重，从而导致稳定性较差。
2、催化剂和钒酸铋的协同效应可以有效加快水氧化动力学，促进电荷分离和运输。钒酸铋光阳极上析氧反应助催化剂(oec)的表面修饰有望显着促进pec水氧化过程，从而有效地从阳极/oec界面提取空穴，并以最小的过电势为析氧提供催化位点。过渡金属氧化物和氢氧化物成本低廉且催化效果显著是目前应用最广泛的oer助催化剂。但是迄今为止，仍没有一种使用沸石咪唑骨架(zif)作为模板剂合成的fe、ni双金属催化剂的钒酸铋光阳极，以提高表面导电性、促进光生电荷
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的一些缺陷，提供一种镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极的及其制备方法和应用，本专利技术通过在bivo4表面负载nifeox助催化剂，以提高钒酸铋光电极内部光生电荷转移效率和表面水氧化动力学，在光电分解水的制氢工业等领域有良好应用前景。
2、为达到上述技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、本专利技术首先提供一种镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极的制备方法，所述方法包括如下步骤：
4、利用电沉积法，在fto导电玻璃上沉积钒酸铋(bivo4)薄膜，得到bivo4光阳极；配制双金属咪唑有机框架化合物(ni-fe-zif)前驱体溶液，将bivo4光阳极浸入上述前驱体溶液中一定时间，通过静电吸附制备ni-fe-zif/bivo4电极，放入烘箱中干燥；然后将烘干后的样品放入马弗炉中加热并保持一定时间，退火后得到镍铁氧化物/钒酸铋(feniox/bivo4)复合光电阳极。
5、其中，所述双金属咪唑有机框架化合物(ni-fe-zif)前驱体溶液的制备方法如下：将fe源和ni源溶解在去离子水中，持续搅拌；将二甲基咪唑溶于去离子水中，缓慢加入到上述含有fe源和ni源的溶液中，配制成双金属咪唑有机框架化合物前驱体溶液。
6、进一步的，所述fe源包括fe(no3)3·6h2o、fe(no3)2·6h2o、fecl3·6h2o或fecl2·4h2o；所述ni源包括ni(no3)2·6h2o或nicl2·6h2o等。
7、进一步的，所述双金属咪唑有机框架化合物(ni-fe-zif)前驱体溶液中金属铁和镍以摩尔比计为1:0.1～3。
8、进一步的，所述bivo4光阳极在前驱体溶液中浸泡时间为5-30min，优选的，浸泡时间为15min。
9、进一步的，所述烘箱中干燥条件为60℃干燥12h。
10、进一步的，所述ni-fe-zif的表面zeta电位由铁镍的摩尔比确定，优选电位范围10～50mv。
11、进一步的，所述马弗炉中加热温度为300～400℃，保温时间为1～3h。
12、本专利技术还提供所述方法制备的镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极。
13、本专利技术还提供所述方法制备的光阳极在光电催化分解水制氢中的应用。
14、本专利技术的有益效果：
15、本专利技术通过浸渍法在钒酸铋表面吸附双金属feni-zif前驱体，煅烧形成镍铁氧化物助催化剂，制备镍铁氧化物(feniox)/钒酸铋复合光阳极，利用zif模板法，fe、ni金属摩尔比方便计算，镍铁的协同作用增强钒酸铋表面导电性、促进光生电荷分离、提升表面水氧化动力学，减缓了钒酸铋的光腐蚀，促进光电化学性能的提升。
16、本专利技术中使用ni-fe-zif为前驱体，通过调节ni、fe比例在通过高温原位转化制备富含ov的镍铁氧化物(nifeox)助催化剂将提升钒酸铋的pec性能；本专利技术的方法具有金属摩尔比例可调，复合方式简单的优点，复合光电极相比纯相钒酸铋光电极分解水活性明显提高。
17、具体的表现为：本专利技术通过浸渍法在钒酸铋制备nifeox助催化剂，成本低、方法简单、pec性能提升明显。镍铁氧化物纳米层具有增强电流效率、导电性，提升光电催化性能，增强电极抗氧化性、延长电极工作寿命的作用。经pec测试后发现：nifeox/bivo4光电阳极在am 1.5g照明下与可逆氢电极相比在1.23v下表现出3.57ma/cm2的高光电流密度，与原始bivo4光电阳极相比增加了3.4倍，光阳极还表现出超过77.8％的高电荷转移效率。这为解决钒酸铋的电荷复合严重问题提供一个新思路，同时也为其他半导体高效改性提供依据。
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1.一种镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双金属咪唑有机框架化合物Ni-Fe-ZIF前驱体溶液的制备方法如下：将Fe源和Ni源溶解在去离子水中，持续搅拌；将二甲基咪唑溶于去离子水中，缓慢加入到上述含有Fe源和Ni源的溶液中，配制成双金属咪唑有机框架化合物前驱体溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Fe源包括Fe(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O或FeCl2·4H2O；所述Ni源包括Ni(NO3)2·6H2O或NiCl2·6H2O。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双金属咪唑有机框架化合物Ni-Fe-ZIF前驱体溶液中金属铁和镍以摩尔比计为1:0.1～3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述BiVO4光阳极在前驱体溶液中浸泡时间为5-30min，优选的，浸泡时间为15min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘箱中干燥条件为60℃干燥12h。
<...【技术特征摘要】
1.一种镍铁氧化物/钒酸铋复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双金属咪唑有机框架化合物ni-fe-zif前驱体溶液的制备方法如下：将fe源和ni源溶解在去离子水中，持续搅拌；将二甲基咪唑溶于去离子水中，缓慢加入到上述含有fe源和ni源的溶液中，配制成双金属咪唑有机框架化合物前驱体溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述fe源包括fe(no3)3·6h2o、fe(no3)2·6h2o、fecl3·6h2o或fecl2·4h2o；所述ni源包括ni(no3)2·6h2o或nicl2·6h2o。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双金属咪唑有机框架化合物ni-fe-zif前驱体溶液中金属铁和镍以摩尔比计为1:0.1～3...
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