研究目的
开发一种高效的方法将钨掺杂到钒酸铋(BiVO4)单晶颗粒中,以提高其导电性、载流子密度和光电化学水氧化性能。
研究成果
钨掺杂显著提高了BiVO4单晶颗粒的载流子密度、导电性和电荷分离效率,使太阳能转换效率翻倍并改善了光催化水氧化性能。该研究为开发高效光催化剂提供了简单有效的方法,在太阳能转换领域具有应用潜力。
研究不足
该方法由于采用高温退火和特定设备,可能难以轻松扩展至工业应用。性能提升仅限于特定掺杂水平(例如1%钨为最佳),进一步增加掺杂可能导致降低效率的缺陷。电极稳定性会随时间推移而下降,原因包括氧气气泡积聚等因素。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用简单的浸渍法结合高温退火工艺将钨掺杂入BiVO4单晶颗粒中,在不改变其结构和形貌的前提下提升电子性能。理论模型包含密度泛函理论(DFT)计算以理解电子变化。
2:样品选择与数据来源:
BiVO4单晶颗粒通过水热法使用NH4VO3和Bi(NO3)3·5H2O前驱体合成。W-BiVO4的制备是将BiVO4浸渍于乙醇中的WCl6溶液后进行退火处理。
3:实验设备与材料清单:
设备包括聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜、离心机、XRD衍射仪(Rigaku RINT-Ultima III)、紫外-可见分光光度计(JASCO V-670)、扫描电镜(Hitachi SU-8000)、电化学分析仪(Princeton Applied Research 2273)、恒电位仪(Hokuto Denko HSV-100)、太阳光模拟器(SAN-EI Electric XES-301 S)、氙灯(Asahi Spectra MAX-302)、分光辐射计(EKO Instruments LS-100)、气相色谱仪(Shimadzu GC-8A)及计算工具(VASP、BOLTZTRAP)。材料包括NH4VO3、Bi(NO3)3·5H2O、硝酸、氨水、乙醇、WCl6、Co(NO3)2、KPi电解液、AgNO3、La2O3及和光纯药工业的各种化学品。
4:0)、扫描电镜(Hitachi SU-8000)、电化学分析仪(Princeton Applied Research 2273)、恒电位仪(Hokuto Denko HSV-100)、太阳光模拟器(SAN-EI Electric XES-301 S)、氙灯(Asahi Spectra MAX-302)、分光辐射计(EKO Instruments LS-100)、气相色谱仪(Shimadzu GC-8A)及计算工具(VASP、BOLTZTRAP)。材料包括NH4VOBi(NO3)3·5H2O、硝酸、氨水、乙醇、WClCo(NO3)KPi电解液、AgNOLa2O3及和光纯药工业的各种化学品。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:BiVO4合成通过200°C水热处理12小时完成。钨掺杂采用乙醇中WCl6溶液浸渍、搅拌、干燥后500°C退火2小时。电极使用钛层和金层的颗粒转移法制备。光电化学测量采用三电极体系(Ag/AgCl参比电极和Pt对电极)在AM 1.5G光照下进行。光催化产氧在密闭系统中通过氙灯照射和气相色谱仪测定。
5:5G光照下进行。光催化产氧在密闭系统中通过氙灯照射和气相色谱仪测定。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用XRD分析结构、UV-Vis测定吸收、SEM与EDS观察形貌与元素分布、XPS确定氧化态、Mott-Schottky曲线计算载流子浓度、I-V曲线评估导电性、IPCE计算及DFT研究电子特性。
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