双铁电复合材料的制备及其光电化学性能研究
发布时间：2020-12-23 21:35
通过模板法制备钒酸铋（BiVO4）薄膜,用溶胶–凝胶法制备铁电材料铁酸铋（BiFeO3）并对BiVO4进行修饰,以半导体复合的方式提高BiVO4的光电化学性能。电化学测试结果表明,经BiFeO3修饰后, BiVO4薄膜的光电化学性能有所提高,其中经BiFeO3旋涂5次后的BiVO4薄膜具有最优的光电化学性能,光电流密度达到0.72 mA·cm–2,较未修饰样品提高了67.4%。利用外场极化调节能带弯曲可以显著地提高BiVO4/nBiFeO3铁电复合物的光电化学性能,复合物经正极化20V电压处理后的光电流密度最高为0.91mA·cm–2,比BiVO4薄膜提升了1倍以上,具有良好的光电化学性能。BiFeO3与BiVO4复合后有利于形成异质结,促进光生电子、光生空穴的产生与分离,并且外场极...
【文章来源】：无机材料学报. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BVO/n BFO复合物的制备示意图
图6(a)为外加偏压为0 V (vs.Ag/Ag Cl)时各样品的I-t曲线。在模拟太阳光照状态改变时,不同旋涂层数下制备的BVO/n BFO复合物均表现出灵敏的光电信号响应,电流可以迅速达到稳定值,复合物的光响应电流密度随着旋涂层数增加呈现先增大后减小的趋势,其中BVO/5BFO的光响应电流密度最大,达到0.72 m A·cm–2,超过BVO薄膜(0.43 m A·cm–2)和BFO (0.006 m A·cm–2)。经BFO修饰后,复合物的光电流密度比未经修饰的BVO提高了67.4%。这主要是因为复合物体系有利于光生电子、光生空穴的产生与分离,Bi Fe O3修饰可以拓宽光吸收范围,受光激发时产生更多的光生电子–空穴对,并且Bi VO4与Bi Fe O3界面处形成的异质结能够有效抑制光生载流子复合。BVO/7BFO的瞬态光电流密度为0.33 m A·cm–2,低于BVO,可能是因为旋涂层数过多,BVO表面覆盖了过量的BFO,一定程度上阻碍了BVO薄膜的光吸收,导致光生电子和空穴浓度下降[16]。图6(b)为各样品的线性伏安曲线,在可见光照射下,经修饰的Bi VO4光电流密度随外加电压的增加而增大,且增幅大于纯Bi VO4。在外加偏压0.6 V (vs.NHE)处,BVO/5BFO的电流密度达到0.824 m A·cm–2,比Bi VO4 (0.738 m A·cm–2)提高11.6%,这可以归因于经Bi Fe O3修饰后Bi VO4的表面活性增加,并且Bi Fe O3的极化效应导致能带弯曲,加速光生电荷转移,降低光生电子–空穴的复合几率,从而有效地提高了载流子的浓度。
图8为BVO/n BFO复合材料的异质结能级结构示意图。光照时BVO/n BFO复合物价带上产生的光生电子跃迁到导带上,由于Bi Fe O3的导带位置较高,光照产生的光生电子由Bi Fe O3导带转移到Bi VO4的导带。同时由于Bi VO4的价带位置较低,Bi VO4价带上产生的光生空穴将转移到Bi Fe O3的价带,因此光生电子与空穴得以有效分离,延长了光生载流子的寿命。由于Bi VO4与Bi Fe O3属于铁电材料,其内部的自发极化与外场极化会改变界面处能带弯曲的程度,影响光生电荷的转移[18-20]。外场正极化后,在Bi VO4与Bi Fe O3界面处Bi Fe O3能带向下弯曲程度增大,Bi VO4能带向上弯曲程度增大,导致耗尽层宽度增大,有利于光生载流子的传输,进而提升光电化学性能。外场负极化后,耗尽层宽度减小,Bi VO4与Bi Fe O3界面处能带弯曲程度减小,阻碍了光生载流子的传输[11]。图8 BVO/n BFO复合物的能带结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法制备BiVO4及其可见光催化性能研究[J]. 杨家添,王书龙,杨黄根,朱立刚,陈渊. 玉林师范学院学报. 2018(05)
[2]MoS2修饰TiO2纳米管阵列光电化学性能研究[J]. 于濂清,黄承兴,张亚萍,董开拓,郝兰众. 无机材料学报. 2016(11)
[3]BiVO4纳米片的水热合成及可见光催化性能[J]. 陈渊,周科朝,黄苏萍,李志友,刘国聪. 中国有色金属学报. 2011(07)
本文编号：2934397
【文章来源】：无机材料学报. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BVO/n BFO复合物的制备示意图
图6(a)为外加偏压为0 V (vs.Ag/Ag Cl)时各样品的I-t曲线。在模拟太阳光照状态改变时,不同旋涂层数下制备的BVO/n BFO复合物均表现出灵敏的光电信号响应,电流可以迅速达到稳定值,复合物的光响应电流密度随着旋涂层数增加呈现先增大后减小的趋势,其中BVO/5BFO的光响应电流密度最大,达到0.72 m A·cm–2,超过BVO薄膜(0.43 m A·cm–2)和BFO (0.006 m A·cm–2)。经BFO修饰后,复合物的光电流密度比未经修饰的BVO提高了67.4%。这主要是因为复合物体系有利于光生电子、光生空穴的产生与分离,Bi Fe O3修饰可以拓宽光吸收范围,受光激发时产生更多的光生电子–空穴对,并且Bi VO4与Bi Fe O3界面处形成的异质结能够有效抑制光生载流子复合。BVO/7BFO的瞬态光电流密度为0.33 m A·cm–2,低于BVO,可能是因为旋涂层数过多,BVO表面覆盖了过量的BFO,一定程度上阻碍了BVO薄膜的光吸收,导致光生电子和空穴浓度下降[16]。图6(b)为各样品的线性伏安曲线,在可见光照射下,经修饰的Bi VO4光电流密度随外加电压的增加而增大,且增幅大于纯Bi VO4。在外加偏压0.6 V (vs.NHE)处,BVO/5BFO的电流密度达到0.824 m A·cm–2,比Bi VO4 (0.738 m A·cm–2)提高11.6%,这可以归因于经Bi Fe O3修饰后Bi VO4的表面活性增加,并且Bi Fe O3的极化效应导致能带弯曲,加速光生电荷转移,降低光生电子–空穴的复合几率,从而有效地提高了载流子的浓度。
图8为BVO/n BFO复合材料的异质结能级结构示意图。光照时BVO/n BFO复合物价带上产生的光生电子跃迁到导带上,由于Bi Fe O3的导带位置较高,光照产生的光生电子由Bi Fe O3导带转移到Bi VO4的导带。同时由于Bi VO4的价带位置较低,Bi VO4价带上产生的光生空穴将转移到Bi Fe O3的价带,因此光生电子与空穴得以有效分离,延长了光生载流子的寿命。由于Bi VO4与Bi Fe O3属于铁电材料,其内部的自发极化与外场极化会改变界面处能带弯曲的程度,影响光生电荷的转移[18-20]。外场正极化后,在Bi VO4与Bi Fe O3界面处Bi Fe O3能带向下弯曲程度增大,Bi VO4能带向上弯曲程度增大,导致耗尽层宽度增大,有利于光生载流子的传输,进而提升光电化学性能。外场负极化后,耗尽层宽度减小,Bi VO4与Bi Fe O3界面处能带弯曲程度减小,阻碍了光生载流子的传输[11]。图8 BVO/n BFO复合物的能带结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法制备BiVO4及其可见光催化性能研究[J]. 杨家添,王书龙,杨黄根,朱立刚,陈渊. 玉林师范学院学报. 2018(05)
[2]MoS2修饰TiO2纳米管阵列光电化学性能研究[J]. 于濂清,黄承兴,张亚萍,董开拓,郝兰众. 无机材料学报. 2016(11)
[3]BiVO4纳米片的水热合成及可见光催化性能[J]. 陈渊,周科朝,黄苏萍,李志友,刘国聪. 中国有色金属学报. 2011(07)
本文编号：2934397
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