【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电催化，涉及一种光阴极及其制备方法和应用，具体涉及一种光电催化二氧化碳还原的bi2o3@cu2o/si光阴极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、光电催化是将光催化与电催化的优点有效结合，以半导体为光电阴极或光电阳极，在光照下半导体电极产生电子空穴对应用于co2还原反应，同时在体系中加入额外负电位(可由风能、太阳能等清洁能源提供)，一方面可有效分离半导体光生电子空穴对促进反应进行，另一方面可通过改变电位大小有效调控反应产物。因此光电催化是一种有效的太阳能利用方式，可以将空气中的二氧化碳还原为具有更高经济价值和液体燃料，如甲酸、乙酸、乙醇等。
2、目前铋基材料由于灵活多变的配位结构和低her活性，已被证实是co2还原制甲酸的理想材料。特别是以铋基金属有机框架材料(bi-mof)作为模板衍生的bi2o3不仅保留了高分散的活性位点，同时衍生后的碳基底缓解了bi2o3本征的低导电性。然而bi2o3固有的宽带隙、低载流子迁移率和高过电位等缺陷并未能有效克服，阻碍了其在pec-co2rr中的应用。因此迫切的需要构建合理的异质结提升bi2o3的光电特性。窄带隙和高载流子密度的cu2o是一种优良的光电子供体，但其作为活性位点时，多样晶面导致其还原产物众多,同时cu2o容易被未转移的光电子还原，导致严重的光腐蚀。受到以上启发，若通过构建合理的紧密p-n异质结，利用接触界面快速的电子转移机制，加快cu2o光电子转移至bi2o3进行co2还原。同时利用p-n结界面原子局域化效应构建富电子位点，可能同时兼顾催化剂的光电性能和c
技术实现思路
1、针对目前光阴极在光电催化co2还原的低性能和对co2分子低吸附性能，本专利技术提供一种具有提高co2吸附性能和良好co2光电化学还原的铋基金属有机骨架材料衍生的cu2o@bi2o3/si光阴极，该光阴极具有更强的二氧化碳富集能力，能够加快二氧化碳分子的吸附和活化，同时稳定二氧化碳还原过程中关键中间体，此外该光阴极具有优异的光电化学特性，在光电催化二氧化碳还原领域具有良好的应用前景。
2、本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
3、一种具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，采用水热法制备，惰性氛围碳化的到。
4、本专利技术一种具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，具体制备步骤如下：
5、(1)制备铋基金属有机框架材料bi-mof作为前驱体：将活性金属源和有机金属配体1，3，5-均苯三甲酸加入到有机溶液中，不断搅拌至完全溶解，得到的前驱体溶液转移到聚四氟乙烯内胆中，将其置于不锈钢反应釜在电热烘箱下反应，待反应结束，将反应釜取出并在室温下冷却，将反应后的产物用去离子水反复洗涤、干燥、碾压筛分获得铋基金属有机框架材料；
6、(2)将步骤(1)得到的前驱体材料分散在去离子水中，缓慢加入金属源溶液，在搅拌后，离心获得沉淀物，用去离子水反复洗涤，干燥，得到金属修饰的铋基金属有机框架材料；所述金属源含bi，cu中的至少一种元素；
7、(3)将步骤(2)得到金属修饰的铋基金属有机框架材料在惰性气体氛围下碳化，得到cu2o@bi2o3催化剂；
8、(4)配置cu2o@bi2o3乙醇(含1％ nafion)分散溶液，通过静止涂敷法将cu2o@bi2o3负载于si片上，得到用于光电催化co2还原的cu2o@bi2o3/si光阴极。
9、进一步优选地，步骤(1)中，活性金属盐为硝酸铋或乙酸铋中的一种。
10、进一步优选地，步骤(1)中，所述活性金属源的加入量为0.5～1.0mmol；所述有机金属配体1，3，5-均苯三甲酸加入量为0.1～0.3mmol；所述电热烘箱的温度为100～150℃，反应时间为8～16h。
11、进一步优选地，步骤(2)中，前驱体粉末的浓度为1～5g/l，所述金属源溶液的浓度为5-20mmol/l，金属源溶液滴加量为50～100ml；所述搅拌的时间为6～12h。
12、进一步优选地，步骤(2)中铜源为硝酸铜，铜源浓度为5～20mmol，添加量为50～100ml。
13、进一步优选地，步骤(3)中，所述碳化温度为200～500℃，时间为1～4h；惰性气体为n2，流速180ml/min。
14、进一步优选地，步骤(4)中，cu2o@bi2o3乙醇分散溶液的浓度为0.2～1.0mg/ml。
15、进一步优选地，步骤(4)中，所述cu2o@bi2o3乙醇分散溶液中含1％ nafion。
16、进一步优选地，步骤(4)中，所述静止涂敷次数为20～50次。
17、进一步优选地，步骤(4)cu2o@bi2o3粉末溶液浓度为0.2～1.0mg/ml，静止提拉次数为20～50次。
18、本专利技术还提供了低电位范围内，该光阴极对二氧化碳还原得到甲酸的电位区间为-0.1～-0.55v vs rhe。
19、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
20、(1)与原始的bi2o3/si光阴极相比，本专利技术构建的cu2o@bi2o3/si p-n-p结光阴极在-0.3v vs rhe偏压下的电流密度增强约5倍，具有更优异的光电催化还原二氧化碳性能和更低的还原起始电位。
21、(2)本专利技术构建的cu2o@bi2o3/si p-n-p结光阴极在具备更优异的co2局部富集能力，是原始bi2o3/si光阴极的约5倍。
22、(3)本专利技术采用水热法和静止提拉法制备光阴极，无需复杂的镀膜过程，所制备的光阴极具有优异的光电化学性能和二氧化碳还原为甲酸的能力。
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1.一种具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，采用水热法制备，惰性氛围碳化的到；
2.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，活性金属盐为硝酸铋或乙酸铋中的一种。
3.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性金属源的加入量为0.5～1.0mmol；所述有机金属配体1，3，5-均苯三甲酸加入量为0.1～0.3mmol；所述电热烘箱的温度为100～150℃，反应时间为8～16h。
4.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，前驱体粉末的浓度为1～5g/L，所述金属源溶液的浓度为5-20mmol/L，金属源溶液滴加量为50～100mL；所述搅拌的时间为6～12h。
5.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳化温度为200～500℃，时间为1～4h。
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7.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述Cu2O@Bi2O3乙醇分散溶液中含1％Nafion。
8.根据权利要求1具有CO2吸附能力和光电催化CO2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述静止涂敷次数为20～50次。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到一种CO2吸附能力和光电催化CO2还原的Cu2O@Bi2O3/Si光阴极。
10.权利要求9所述Cu2O@Bi2O3/Si光阴极应用于CO2吸附能力和光电催化CO2还原，其特征在于，光电催化二氧化碳还原为甲酸测试电位区间为-0.1～-0.55V vs RHE。
...【技术特征摘要】
1.一种具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，采用水热法制备，惰性氛围碳化的到；
2.根据权利要求1具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，活性金属盐为硝酸铋或乙酸铋中的一种。
3.根据权利要求1具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性金属源的加入量为0.5～1.0mmol；所述有机金属配体1，3，5-均苯三甲酸加入量为0.1～0.3mmol；所述电热烘箱的温度为100～150℃，反应时间为8～16h。
4.根据权利要求1具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，前驱体粉末的浓度为1～5g/l，所述金属源溶液的浓度为5-20mmol/l，金属源溶液滴加量为50～100ml；所述搅拌的时间为6～12h。
5.根据权利要求1具有co2吸附能力和光电催化co2还原的光阴极的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡芸，李万里，洪竞炜，韦朝海，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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