發(fā)布時(shí)間：2020-12-23 21:35

　　通過模板法制備釩酸鉍（BiVO₄）薄膜,用溶膠–凝膠法制備鐵電材料鐵酸鉍（BiFeO₃）并對BiVO₄進(jìn)行修飾,以半導(dǎo)體復(fù)合的方式提高BiVO₄的光電化學(xué)性能。電化學(xué)測試結(jié)果表明,經(jīng)BiFeO₃修飾后, BiVO₄薄膜的光電化學(xué)性能有所提高,其中經(jīng)BiFeO₃旋涂5次后的BiVO4薄膜具有最優(yōu)的光電化學(xué)性能,光電流密度達(dá)到0.72 mA·cm^–2,較未修飾樣品提高了67.4%。利用外場極化調(diào)節(jié)能帶彎曲可以顯著地提高BiVO₄/nBiFeO₃鐵電復(fù)合物的光電化學(xué)性能,復(fù)合物經(jīng)正極化20V電壓處理后的光電流密度最高為0.91mA·cm^–2,比BiVO₄薄膜提升了1倍以上,具有良好的光電化學(xué)性能。BiFeO₃與BiVO₄復(fù)合后有利于形成異質(zhì)結(jié),促進(jìn)光生電子、光生空穴的產(chǎn)生與分離,并且外場極... 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2020年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

BVO/n BFO復(fù)合物的制備示意圖

圖6(a)為外加偏壓為0 V (vs.Ag/Ag Cl)時(shí)各樣品的I-t曲線。在模擬太陽光照狀態(tài)改變時(shí),不同旋涂層數(shù)下制備的BVO/n BFO復(fù)合物均表現(xiàn)出靈敏的光電信號響應(yīng),電流可以迅速達(dá)到穩(wěn)定值,復(fù)合物的光響應(yīng)電流密度隨著旋涂層數(shù)增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,其中BVO/5BFO的光響應(yīng)電流密度最大,達(dá)到0.72 m A·cm–2,超過BVO薄膜(0.43 m A·cm–2)和BFO (0.006 m A·cm–2)。經(jīng)BFO修飾后,復(fù)合物的光電流密度比未經(jīng)修飾的BVO提高了67.4%。這主要是因?yàn)閺?fù)合物體系有利于光生電子、光生空穴的產(chǎn)生與分離,Bi Fe O3修飾可以拓寬光吸收范圍,受光激發(fā)時(shí)產(chǎn)生更多的光生電子–空穴對,并且Bi VO4與Bi Fe O3界面處形成的異質(zhì)結(jié)能夠有效抑制光生載流子復(fù)合。BVO/7BFO的瞬態(tài)光電流密度為0.33 m A·cm–2,低于BVO,可能是因?yàn)樾繉訑?shù)過多,BVO表面覆蓋了過量的BFO,一定程度上阻礙了BVO薄膜的光吸收,導(dǎo)致光生電子和空穴濃度下降[16]。圖6(b)為各樣品的線性伏安曲線,在可見光照射下,經(jīng)修飾的Bi VO4光電流密度隨外加電壓的增加而增大,且增幅大于純Bi VO4。在外加偏壓0.6 V (vs.NHE)處,BVO/5BFO的電流密度達(dá)到0.824 m A·cm–2,比Bi VO4 (0.738 m A·cm–2)提高11.6%,這可以歸因于經(jīng)Bi Fe O3修飾后Bi VO4的表面活性增加,并且Bi Fe O3的極化效應(yīng)導(dǎo)致能帶彎曲,加速光生電荷轉(zhuǎn)移,降低光生電子–空穴的復(fù)合幾率,從而有效地提高了載流子的濃度。

圖8為BVO/n BFO復(fù)合材料的異質(zhì)結(jié)能級結(jié)構(gòu)示意圖。光照時(shí)BVO/n BFO復(fù)合物價(jià)帶上產(chǎn)生的光生電子躍遷到導(dǎo)帶上,由于Bi Fe O3的導(dǎo)帶位置較高,光照產(chǎn)生的光生電子由Bi Fe O3導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到Bi VO4的導(dǎo)帶。同時(shí)由于Bi VO4的價(jià)帶位置較低,Bi VO4價(jià)帶上產(chǎn)生的光生空穴將轉(zhuǎn)移到Bi Fe O3的價(jià)帶,因此光生電子與空穴得以有效分離,延長了光生載流子的壽命。由于Bi VO4與Bi Fe O3屬于鐵電材料,其內(nèi)部的自發(fā)極化與外場極化會(huì)改變界面處能帶彎曲的程度,影響光生電荷的轉(zhuǎn)移[18-20]。外場正極化后,在Bi VO4與Bi Fe O3界面處Bi Fe O3能帶向下彎曲程度增大,Bi VO4能帶向上彎曲程度增大,導(dǎo)致耗盡層寬度增大,有利于光生載流子的傳輸,進(jìn)而提升光電化學(xué)性能。外場負(fù)極化后,耗盡層寬度減小,Bi VO4與Bi Fe O3界面處能帶彎曲程度減小,阻礙了光生載流子的傳輸[11]。圖8 BVO/n BFO復(fù)合物的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水熱法制備BiVO4及其可見光催化性能研究[J]. 楊家添,王書龍,楊黃根,朱立剛,陳淵.  玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2018(05)
[2]MoS2修飾TiO2納米管陣列光電化學(xué)性能研究[J]. 于濂清,黃承興,張亞萍,董開拓,郝蘭眾.  無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2016(11)
[3]BiVO4納米片的水熱合成及可見光催化性能[J]. 陳淵,周科朝,黃蘇萍,李志友,劉國聰.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2011(07)



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