1.一种可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)BiVO4前驱液的配置:
室温下,向去离子水中加入NH4VO3,搅拌至澄清,然后加入稀硝酸,搅拌均匀,再加入Bi(NO3)3·5H2O,搅拌至澄清,最后加入硼酸,搅拌至澄清,得到BiVO4前驱液;其中加入的NH4VO3、稀硝酸、Bi(NO3)3·5H2O和硼酸的摩尔比为1:(41.7~55):1:1;
2)基板的功能化:
将基板洗涤干净后置于184.9nm的紫外光下照射20~40min,使基板表面形成羟基单分子层;
3)BiVO4薄膜的自组装:
将基板的羟基单分子层一面悬浮于BiVO4前驱液表面进行自组装吸附,利用基板表面羟基层的静电作用吸附BiVO4前驱液中的小分子,然后异相成核自组装形成一层BiVO4前驱薄膜,再将BiVO4前驱薄膜在室温下干燥6~8h;
4)BiVO4薄膜的层层自组装:
将干燥后的BiVO4前驱薄膜在184.9nm的紫外光下照射20~40min,使其表面形成羟基单分子层,然后将其悬浮于BiVO4前驱液表面进行自组装吸附,在其表面再次异相成核自组装形成一层BiVO4前驱薄膜,然后在室温下干燥6~8h;如此反复多次层层自组装直至达到所需厚度,得到非晶BiVO4薄膜;
5)ZnO前驱液的配置:
室温下,向去离子水中加入NH4F,然后加入Zn(NO3)2·6H2O,搅拌至澄清,再加入NaOH溶液,调节pH值至5~7,并搅拌至澄清,得ZnO前驱液;其中加入的NH4F和Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为(5~7):1;
6)非晶BiVO4薄膜的功能化:
将非晶BiVO4薄膜用184.9nm的紫外光照射20~40min,在其表面形成羟基层;
7)ZnO薄膜的自组装:
将非晶BiVO4薄膜的羟基层一面悬浮于ZnO前驱液表面进行自组装吸附,利用非晶BiVO4薄膜表面的羟基层静电作用吸附ZnO前驱液中的小分子[(ZnO)2+NO3-]+,然后异相成核自组装形成非晶态的[(ZnO)2+NO3-]+O-BiVO4前驱薄膜;将非晶态的[(ZnO)2+NO3-]+O-BiVO4前驱薄膜在室温下干燥6~8h,制得BiVO4-O-[(ZnO)2+NO3-]+非晶薄膜;
8)薄膜的层层自组装:
将BiVO4-O-[(ZnO)2+NO3-]+非晶薄膜在184.9nm的紫外光下照射20~40min,在其表面形成BiVO4-OH-ZnO-OH-羟基单分子层,然后将该羟基单分子层悬浮于ZnO前驱液表面,对ZnO前
2+ - + 2+ - - 2+ - +
驱液中的[(ZnO) NO3] 进行自组装吸附,形成BiVO4-OH[(ZnO) NO3 ]OH[(ZnO) NO3] 非晶薄膜,再在室温下干燥6~8h;如此反复多次层层自组装直至达到所需厚度,得到非晶态BiVO4-ZnO异质结薄膜;
9)薄膜的晶化
将非晶态BiVO4-ZnO异质结薄膜放入马弗炉中,从室温升到250~550℃,保温60~
180min,再自然冷却至室温,即得到可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜。
2.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中加入NH4VO3后搅拌10~20min至澄清,加入稀硝酸后搅拌10~20min至均匀,加入Bi(NO3)3·5H2O后搅拌50~100min至澄清,加入硼酸后搅拌10~20min至澄清;
BiVO4前驱液中Bi元素的浓度为0.010~0.030mol/L。
3.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中基板为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、玻璃载玻片或Si基板。
4.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤3)和步骤4)中BiVO4前驱液的温度为70~75℃,自组装吸附的时间为18~
22min。
5.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤5)中加入Zn(NO3)2·6H2O后搅拌10~20min至澄清,加入NaOH溶液后搅拌
10~20min至澄清;ZnO前驱液中Zn元素的浓度为0.040~0.070mol/L。
6.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤7)和步骤8)中ZnO前驱液的温度为55~85℃,自组装吸附的时间为10~
15h。
7.根据权利要求1所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法,其特征在于,所述步骤9)中的升温速度为10~30℃/min。
8.权利要求1-7中任意一项所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜的制备方法制得的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜,其特征在于,所述可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜中ZnO附着于BiVO4颗粒的表面,二者相互包被,形成异质结结构,其中BiVO4的晶型为单斜相白钨矿型,ZnO的晶型为红锌矿型。
9.根据权利要求8所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜,其特征在于,在
500W氙灯照射下,0~1.5V偏压下,所述可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜产生0~
0.25mA/cm2光电流;
所述可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜在光照瞬间产生的阳极尖峰在3s内达到稳态,光照开始后光电流密度由0.013mA/cm2快速衰减为0.011mA/cm2,所述可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜在光生电子-空穴表面复合过程中的复合几率为18.2%。
10.权利要求8或9所述的可见光响应特性氧化锌/钒酸铋异质结薄膜在可见光下光催化降解有机污染物方面的应用。