一种PDA修饰BiVO4光电催化材料及其制备方法

本发明属于光电催化材料，具体为一种 pda 修饰 光电催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着能源短缺和环境污染问题日益突出，开发能够高效利用太阳能的光电催化材料已成为新能源和环境治理领域的重要研究方向。光电催化技术能够利用半导体材料吸收光能并产生光生电子和空穴，从而驱动水分解、有机污染物降解以及其他氧化还原反应，具有清洁、可持续和应用场景广泛等优点。

2、钒酸铋（）是一种典型的可见光响应型半导体光电催化材料，其带隙约为2.4 ev，能够吸收部分可见光；同时， 还具有原料相对易得、毒性较低、化学稳定性较好以及价带电位较正等特点，因此在光电催化水分解、光电催化氧化以及环境污染物处理等领域受到广泛关注。

3、然而，未改性的  光电极仍存在较为明显的性能缺陷。一方面， 的光生电子和空穴容易发生复合，导致实际参与表面催化反应的有效载流子数量减少；另一方面，的电荷迁移能力较弱，空穴扩散长度较短，界面电荷传输效率不高，进而限制了其光电流密度和光电催化反应效率。上述问题使得 光电极的实际光电催化性能仍显著低于理论水平，影响了其进一步应用。

4、因此，有必要提供一种新的  光电催化材料及其制备方法，以改善现有 光电极光生载流子复合严重、电荷传输效率低和光电流密度不足的问题，从而获得具有较高光电催化性能和良好稳定性的光电极材料。

技术实现思路

1、针对现有  光电催化材料存在光生载流子复合率较高、界面电荷传输效率不足、表面反应动力学较慢以及长期光电催化稳定性较差的问题，本发明提供一种 pda 修饰 的光电催化材料及其制备方法。该光电催化材料通过在  表面引入 pda修饰层，并进一步负载 nifeox 助催化剂，使 pda 修饰层作为  与 nifeox 之间的功能性桥接层，从而改善界面结合状态，促进光生载流子的分离和传输，提高光电催化效率和长期稳定性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种 pda 修饰  的光电催化材料，包括导电基底、负载于所述导电基底表面的  纳米颗粒层、形成于所述  纳米颗粒层表面的 pda 修饰层以及负载于所述 pda 修饰层上的 nifeox 助催化剂层；所述 pda 修饰层位于所述 纳米颗粒层与所述 nifeox 助催化剂层之间，并分别与所述  纳米颗粒层和所述 nifeox 助催化剂层接触。

4、优选地，所述层具有由相互连接的纳米颗粒和/或纳米短棒构成的多孔结构；所述pda修饰层由多巴胺在光照条件下于所述层表面发生聚合形成，并至少部分包覆所述层的表面；所述pda修饰层用于连接所述层与所述nifeox助催化剂层，并促进所述层产生的光生空穴向所述nifeox助催化剂层转移。

5、优选地，所述导电基底为 fto 导电玻璃。

6、优选地，所述  纳米颗粒层由 bioi 前驱体经引入钒源并煅烧转化形成。

7、优选地，所述 pda 修饰层由盐酸多巴胺在弱碱性 tris-hcl 缓冲液中经光诱导聚合形成。

8、优选地，所述 nifeox 助催化剂层由含铁盐和镍盐的电解液经脉冲光电沉积形成。

9、本发明还提供一种 pda 修饰  的光电催化材料的制备方法，包括如下步骤：

10、s1，将 ki 与溶于去离子水中，并加入硝酸调节 ph，得到混合溶液 a；

11、s2，将对苯醌溶解于无水乙醇中，得到溶液 b；

12、s3，将溶液 b 滴加至混合溶液 a 中并搅拌，得到 bioi 电沉积液；

13、s4，以导电基底作为工作电极，在所述 bioi 电沉积液中进行电沉积，得到表面沉积有 bioi 纳米颗粒的导电基底；

14、s5，在沉积有 bioi 纳米颗粒的导电基底表面引入钒源，经煅烧处理并去除杂质后，得到  光电极；

15、s6，将所述 光电极浸入含有盐酸多巴胺的 tris-hcl 缓冲液中，在模拟日光下进行光诱导处理，得到  光电极；

16、s7，将所述 光电极浸入含铁盐和镍盐的电解液中，在光照循环条件下进行脉冲光电沉积，得到负载 nifeox 的 pda 修饰  光电催化材料。

17、优选地，步骤 s1 中，所述 ki、与去离子水的质量体积比为 1.68 g：0.4～1.0 g：25 ml；调节 ph 至 1.5～2.0。

18、优选地，步骤 s2 中，所述对苯醌与无水乙醇的质量体积比为 0.2～4.0 g：10ml。

19、优选地，步骤 s3 中，溶液 b 以 0.5～2 ml/min 的速度滴加至混合溶液 a 中。

20、优选地，步骤 s4 中，所述导电基底为 fto 导电玻璃，电沉积采用三电极体系进行，其中 fto 导电玻璃作为工作电极，pt 丝作为对电极，ag/agcl 电极作为参比电极；电沉积的外加偏压为 -0.05 v～-0.15 v，电沉积电量为 0.6～0.8 c。

21、优选地，步骤 s5 中，所述钒源为乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液；所述煅烧处理的温度为 400～500 ℃，煅烧时间为 90～180 min；煅烧处理后采用 naoh 溶液或 koh 溶液浸泡处理，以去除杂质。

22、优选地，步骤 s6 中，所述含有盐酸多巴胺的 tris-hcl 缓冲液通过如下方法配制：将盐酸多巴胺和 tris-hcl 溶解于去离子水中，并调节 ph 至 8.0～9.0；所述模拟日光为 am 1.5g，光照强度为 ，光诱导处理时间为 1～4 h。

23、优选地，步骤 s7 中，所述铁盐为醋酸亚铁，所述镍盐为醋酸镍；所述电解液中铁盐的浓度为 0.1～1.0 mm，镍盐的浓度为 0.01～0.2 mm；所述脉冲光电沉积在可逆氢电位为 0 v 的条件下进行，光照循环为 5～20 s 开光、10～40 s 关光，沉积时间为 10～40min。

24、本发明还提供上述 pda 修饰  的光电催化材料在光电催化水氧化、光电催化析氧反应、污染物降解或光电催化有机合成反应中的应用。

25、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

26、本发明通过在  表面形成 pda 修饰层，使 pda 作为 与 nifeox助催化剂之间的功能性桥接层，能够改善二者之间的界面结合状态，有利于提高助催化剂负载稳定性。采用光诱导方式在  表面形成 pda 修饰层，pda 修饰后  的主体晶相和纳米结构未被破坏，同时可以改善材料表面状态，提高可见光捕捉能力和光电转化效率。

27、本发明通过在 表面进一步负载 nifeox 助催化剂，可以加快表面水氧化反应动力学，降低界面电荷复合，提高光生载流子的利用效率。本发明所得 pda 修饰 光电催化材料在长期放置或持续光电催化测试过程中具有更好的光电流保持能力，说明 pda 修饰层能够在一定程度上提高 基光电催化材料的长期稳定性。

1.一种 pda 修饰  的光电催化材料，其特征在于，包括导电基底、负载于所述导电基底表面的  纳米颗粒层、形成于所述  纳米颗粒层表面的 pda 修饰层以及负载于所述 pda 修饰层上的 nifeox 助催化剂层；

2.根据权利要求1所述的 pda 修饰 的光电催化材料，其特征在于，所述层具有由相互连接的纳米颗粒和/或纳米短棒构成的多孔结构；

3.一种 pda 修饰 的光电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s1 中，所述 ki、与去离子水的质量体积比为 1.68 g：0.4～1.0 g：25 ml；调节 ph 至 1.5～2.0。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s2 中，所述对苯醌与无水乙醇的质量体积比为 0.2～4.0 g：10 ml；步骤 s3 中，溶液 b 以 0.5～2 ml/min 的速度滴加至混合溶液 a 中。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s4 中，所述导电基底为 fto 导电玻璃，电沉积采用三电极体系进行，其中 fto 导电玻璃作为工作电极，pt 丝作为对电极，ag/agcl 电极作为参比电极；电沉积的外加偏压为 -0.05 v～-0.15 v，电沉积电量为0.6～0.8 c。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s5 中，所述钒源为乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液；所述煅烧处理的温度为 400～500 ℃，煅烧时间为 90～180 min；煅烧处理后采用 naoh 溶液或 koh 溶液浸泡处理，以去除杂质。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s6 中，所述含有盐酸多巴胺的tris-hcl 缓冲液通过如下方法配制：将盐酸多巴胺和 tris-hcl 溶解于去离子水中，并调节 ph 至 8.0～9.0；所述模拟日光为 am 1.5g，光照强度为，光诱导处理时间为 1～4 h。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤 s7 中，所述铁盐为醋酸亚铁，所述镍盐为醋酸镍；所述电解液中铁盐的浓度为 0.1～1.0 mm，镍盐的浓度为 0.01～0.2mm；所述脉冲光电沉积在可逆氢电位为 0 v 的条件下进行，光照循环为 5～20 s 开光、10～40 s 关光，沉积时间为 10～40 min。

10.权利要求1或2所述的 pda 修饰  的光电催化材料，或者由权利要求3～9任一项所述制备方法制得的 pda 修饰  的光电催化材料在光电催化水氧化、光电催化析氧反应、污染物降解或光电催化有机合成反应中的应用。