BiVO4光阳极改性及其水氧化性能的研究

来源 :西北民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songyingling
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随着双碳目标的提出,发展清洁、可再生能源势在必行。氢能因其零碳排放和高能量密度而被认为是一种有前途的能源。光电化学(PEC)水分解制氢具有无污染、高效、稳定等特点,与化石能源相比具有极大的优势。目前,许多材料如Ti O2、WO3、Fe2O3和Zn O已经作为光阳极材料进入科学家的视线。其中,Bi VO4因其独特的优势成为最受关注的光阳极之一。Bi VO4的带隙宽度适中(2.4 e V),易于制备,成本低廉,是理想的光阳极材料。然而,常规Bi VO4光电极的光电流密度远低于其理论值(最大理论光电流密度为7.5 m A cm-2)。这是由于Bi VO4表面的高电荷复合率,和在水氧化过程中的稳定性受到光腐蚀的限制,阻碍了其在PEC水分解中的实际应用。为了解决这些问题,我们集中研究了掺杂、异质结和助催化剂对Bi VO4光阳极PEC性能的影响,主要内容可分为三部分:(1)采用化学浴沉积法室温下在Bi VO4光阳极上合成Mn:Fe OOH助催化剂。作为水氧化助催化剂,Fe OOH在动力学上更容易将H2O氧化为O2。此外,Mn元素的混合增加了活性位点,通过降低动力学势垒导致更快的电荷转移速率,并且它可以充当钝化层以抑制电子-空穴复合。结果表明,Mn-Fe OOH/Bi VO4的光电流密度为1.4 m A cm-2(1.23 VRHE),是裸Bi VO4电极(0.6 m A cm-2)的2.3倍,起始电位也负移了130 m V。(2)制备了一种新型的Co Fe OOH/Mo-Bi VO4光阳极,通过在Bi VO4中掺杂Mo元素来提高载流子密度,然后通过室温化学浴沉积法在Mo-Bi VO4表面沉积Co Fe OOH助催化剂,作为钝化层加速电荷分离,抑制电子-空穴复合。结果表明,在1.23 VRHE下,最佳纳米复合光阳极的光电流密度为2.45 m A cm-2,是裸Bi VO4光阳极的4.9倍,起始电位也负移了430 m V。(3)通过掺杂,煅烧的方法制备了Fe2O3/Bi VO4光阳极,通过在Bi VO4中掺杂Fe元素构建异质结,不仅提高了载流子密度,还加速了电荷分离。优化的Fe2O3/Bi VO4光阳极在光电流密度方面极大地增强了PEC性能,光阳极的光电流密度为1.3 m A cm-2,起始电位也负移了230 m V。
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