本发明属于光电极材料，特别涉及一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极及其制备方法和应用。
背景技术：
1、光电催化分解水产氢技术由于其无污染和可持续的特性，被认为是一种理想的解决当前能源环境问题的有效技术。
2、半导体单斜相n型钒酸铋(bivo4)由于具有合适的带隙和导价带位置，是一种很有前景的催化析氧反应(oer)的材料。然而据大多数文献报道，bivo4的光电流密度远低于理论最大值，其原因在于电荷传输速率低、体相和表面载流子复合严重以及缓慢的表面水氧化动力学。此外，由于受到阳极光腐蚀的影响，bivo4电极较差的稳定性严重限制了其实际应用潜力。为解决以上问题，通常通过对半导体进行表面负载保护层和助催化剂，以求加速载流子迁移、促进表面水氧化动力学和抑制电极材料的光腐蚀。
3、相比于复杂的晶面工程、界面工程和构建异质结，负载过渡金属助催化剂被认为是一种更简单、更直接、更高效的提高催化活性的方法。然而，金属活性中心在oer过程中的大量浸出导致的助催化剂失活仍是有待解决的主要问题。现有研究表明，在koh电解液中加入fe(ⅲ)可诱导fe的再吸附，从而在oer工作电位下实现fe活性中心浸出和再沉积的动态平衡。遗憾的是，随着oer过程的进行，部分fe3+会逐渐沉淀为溶解度较低的氢氧化铁，导致电解液中的fe(ⅲ)降低。而在fe(ⅲ)浓度相对较低的情况下，浸出fe的再沉积将难以进行，这会破坏fe活性中心浸出和再沉积之间的动态平衡。
4、因此，亟需开发一种新型的具有加速载流子迁移和增强活性位点自愈能力特性的光电催化材料，以获得高效稳定的光电分解水过程。
技术实现思路
1、为了解决现有bivo4基光电极载流子迁移速度慢和光电极稳定性不足的问题，本发明提供了一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，该复合光电极能够促进载流子迁移，并具有优异的稳定性，能够实现高效稳定的光电催化分解水。
2、本发明还提供了一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法和应用。
3、本发明通过以下技术方案实现：
4、本发明提供一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，所述bivo4基复合光电极以bivo4薄膜电极为基底，在所述bivo4薄膜电极的bivo4薄膜表面负载有厚度为2～5nm的无定形c层，所述无定形c层表面沉积有直径为10～30nm的nife-ldh层，所述nife-ldh层表面经羟基化处理引入羟基。
5、基于同一发明构思，本发明提供一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，所述制备方法包括：
6、将bivo4薄膜电极置于葡萄糖水溶液中进行水热反应，后将水热反应所得电极在惰性气氛中进行煅烧，获得负载无定形c层的bivo4光电阳极，记为c/bivo4；
7、将niso4和feso4溶于kbi电解液中，获得d溶液；
8、以所述d溶液为原料，在所述c/bivo4表面电沉积nife-ldh层,所得产物记为nife-ldh/c/bivo4；
9、将甘油溶于乙醇溶液，记为e溶液，将所述nife-ldh/c/bivo4置于所述e溶液中进行水热反应，获得用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，记为oh-(nife-ldh/c/bivo4)。
10、进一步的，所述将bivo4薄膜电极置于葡萄糖水溶液中进行水热反应，后将水热反应所得电极在惰性气氛中进行煅烧，获得负载无定形c层的bivo4光电阳极，记为c/bivo4，具体包括：
11、将bivo4薄膜电极置于葡萄糖水溶液中进行水热反应，反应温度为150～180℃，反应时间为1～3h，水热反应所得电极经洗涤后置于惰性气氛中进行煅烧，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h，获得负载无定形c层的bivo4光电阳极，记为c/bivo4；
12、其中，所述葡萄糖水溶液中葡萄糖的浓度为1～10mmo l/l。
13、优选的，煅烧温度为450℃，升温速率2℃/min；所述葡萄糖水溶液中葡萄糖的浓度为4mmo l/l。
14、进一步的，所述将niso4和feso4溶于kbi电解液中，获得d溶液，具体包括：
15、将niso4和feso4溶于kbi电解液中，获得d溶液；
16、其中，所述d溶液中，niso4的浓度为0.5～8mmo l/l，feso4的浓度为0.4～3.2mmol/l。
17、所述kbi电解液为硼酸钾的水溶液，所述kbi电解液中硼酸钾浓度为0.5m，ph 9.3。
18、所述kbi电解液的制备方法为：将硼酸钾溶于水，后用koh调节ph至9.3。
19、优选的，所述d溶液中，niso4的浓度为2mmo l/l，feso4的浓度为0.8mmo l/l。
20、进一步的，所述以所述d溶液为原料，在所述c/bivo4表面电沉积nife-ldh层,所得产物记为nife-ldh/c/bivo4，具体包括：
21、在所述d溶液中，以所述c/bivo4为工作电极，以ag/agcl电极和pt电极分别为参比电极和对电极进行恒电流沉积，施加电流为20～30μa cm-2，沉积时间为400～500s，获得表面沉积nife-ldh层的c/bivo4电极，记为nife-ldh/c/bivo4。
22、优选的，所述恒电流沉积中，施加电流为20μa cm-2，沉积时间为480s。
23、进一步的，所述将甘油溶于乙醇溶液，记为e溶液，将所述nife-ldh/c/bivo4置于所述e溶液中进行水热反应，获得用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，记为oh-(nife-ldh/c/bivo4)，具体包括：
24、将甘油溶于乙醇溶液，记为e溶液，将所述nife-ldh/c/bivo4置于所述e溶液中进行水热反应，反应温度为150～180℃，反应时间为2～4h，获得用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，记为oh-(nife-ldh/c/bivo4)；
25、其中，所述e溶液中，甘油和乙醇溶液的体积比为1：(2～3)，所述乙醇溶液中乙醇的质量分数为99.5～99.9％。
26、优选的，所述e溶液中，甘油和乙醇溶液的体积比为1：3，所述乙醇溶液中乙醇的质量分数为99.5％，水热反应温度为180℃，水热反应持续时间为4h。
27、进一步的，所述bivo4薄膜电极通过以下方法制备：
28、将bi(no3)2和ki共同溶于水，调节ph至1.5～1.7，获得a溶液；
29、将对苯醌溶于无水乙醇，获得b溶液；
30、将所述a溶液和所述b溶液混合，获得前驱体电解液；
31、以所述前驱体电解液为原料，在fto玻璃表面电沉积bioi薄膜；
32、将乙酰丙酮氧钒溶于二甲亚砜，获得c溶液；
33、在所述bioi薄膜表面滴加所述c溶液，后于450～550℃煅烧1～2h，获得bivo4薄膜；
34、将所述bivo4薄膜在氢氧化钠溶液中浸泡10～30min，获得bivo4薄膜电极。
35、优选的，所述a溶液的ph为1.7；
36、所述电沉积工艺中，以fto玻璃为工作电极，以ag/agcl电极和pt电极分别为参比电极和对电极，施加电压为-0.1～0.1v vs ag/agcl，沉积时间为100～200s；
37、所述c溶液中，乙酰丙酮氧钒的浓度为0.2mo l/l；
38、所述氢氧化钠溶液浓度为0.5mo l/l。
39、更优选的，所述电沉积工艺中，施加电压为-0.05v，沉积时间为150s。
40、基于同一发明构思，本发明还提供一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极在光电催化分解水中的应用。
41、进一步的，所述光电催化分解水中，所用电解液中含有fe(ⅲ)。
42、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
43、1.本发明一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，以bivo4薄膜电极为基底，在其表面负载无定形碳层，无定形碳层表面负载了助催化剂nife-ldh，经羟基化处理，得到的oh-(nife-ldh/c/bivo4)电极可应用于含微量fe(ⅲ)的硼酸钾电解质中光电催化分解水，由于无定形碳层独特的电子性质和羟基化产生的强极化电场，促进了体相电荷分离和界面电荷转移，更重要的是，羟基化能诱导电极表面形成oh-/fe3+的吸附双电层，增强溶出的fe(ⅲ)在ni位点上的吸附，使得nife-ldh助催化剂中的fe活性中心能够更有效地进行自愈，结合无定形c保护层的作用，可以显著提高oh-(nife-ldh/c/bivo4)复合光电极的稳定性。
44、2.本发明一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，通过将具有高导电性的无定形c层共形包覆在bivo4薄膜表面，一方面能够有效抑制bivo4晶格中v5+的溶出，另一方面，无定形c层和nife-ldh负载在bivo4电极上，在光电催化过程中，bivo4作为光吸收层产生光生电子和空穴，而高导电性的c层作为空穴传输层，能够将空穴提取出来并转移至助催化剂nife-ldh上的fe活性中心，羟基化使得光阳极表面极化，形成由内向外的极化电场，进一步促进了光生空穴的分离与传输，最终在bivo4表面形成高效的空穴传输层,极大地促进光生载流子的分离传输，复合光电极的催化性能得到了显著提升。
45、3.本发明一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，结合了无定形c层、nife-ldh和表面羟基化的作用，在bivo4薄膜表面共形负载了利于空穴迁移和活性位点再沉积的功能材料层，既促进了载流子的迁移和分离，又极大地提高了电极稳定性，复合光电极oh-(nife-ldh/c/bivo4)的光电流密度是纯bivo4电极的3倍以上，电流稳定性更是达到了20h内几乎不变，光电催化分解水性能大大增强，能够实现高效稳定的光电催化分解水。
46、4.本发明一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，首先将bivo4电沉积至fto导电玻璃上作为光阳极基底，而后通过连续的水热反应，先得到负载无定形碳层的c/bivo4电极，再得到负载了助催化剂的nife-ldh/c/bivo4电极,最终经过羟基化得到复合光电极oh-(nife-ldh/c/bivo4)，所得oh-(nife-ldh/c/bivo4)电极具有优异的光电催化性能及稳定性，可将其应用于含微量fe(ⅲ)的硼酸钾电解质中光电催化分解水，进而实现高效稳定的光电催化分解水，本发明主要使用了电沉积法和溶剂热法来合成oh-(nife-ldh/c/bivo4)复合光电极，合成方法简单，原料来源广，是一种经济、绿色环保的光电阳极制备方法。
1.一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，其特征在于，所述bivo4基复合光电极以bivo4薄膜电极为基底，在所述bivo4薄膜电极的bivo4薄膜表面负载有厚度为2～5nm的无定形c层，所述无定形c层表面沉积有直径为10～30nm的nife-ldh层，所述nife-ldh层表面经羟基化处理引入羟基。
2.如权利要求1所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述将bivo4薄膜电极置于葡萄糖水溶液中进行水热反应，后将水热反应所得电极在惰性气氛中进行煅烧，获得负载无定形c层的bivo4光电阳极，记为c/bivo4，具体包括：
4.根据权利要求2所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述将niso4和feso4溶于kbi电解液中，获得d溶液，具体包括：
5.根据权利要求2所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述以所述d溶液为原料，在所述c/bivo4表面电沉积nife-ldh层,所得产物记为nife-ldh/c/bivo4，具体包括：
6.根据权利要求2所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述将甘油溶于乙醇溶液，记为e溶液，将所述nife-ldh/c/bivo4置于所述e溶液中进行水热反应，获得用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极，记为oh-(nife-ldh/c/bivo4)，具体包括：
7.根据权利要求2所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述bivo4薄膜电极通过以下方法制备：
8.根据权利要求7所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极的制备方法，其特征在于，所述a溶液的ph为1.7；
9.如权利要求1所述的一种用于高效稳定光电催化分解水的bivo4基复合光电极在光电催化分解水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光电催化分解水中，所用电解液中含有fe(ⅲ)。
