本發(fā)明屬于光電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新的光陽極材料pb3nb4o13的制備方法。

背景技術(shù)：

光電化學(xué)分解水制氫將太陽能轉(zhuǎn)換成可儲存的化學(xué)能，是21世紀(jì)解決環(huán)境和能源問題的主要手段。光陽極材料的開發(fā)是實(shí)現(xiàn)光電化學(xué)分解水大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。作為理想的光陽極半導(dǎo)體材料必須同時具備合適的帶隙、導(dǎo)帶價帶能級、有效的載流子傳輸、穩(wěn)定性好和成本低等特點(diǎn)。然而，迄今為止發(fā)現(xiàn)的光陽極材料中，沒有一種能同時滿足上述要求。因此，改善現(xiàn)有半導(dǎo)體材料的性能同時發(fā)展新的具有應(yīng)用前景的光陽極新材料勢在必行。

pb3nb4o13是一種多元金屬氧化物，其能帶位置橫跨水的導(dǎo)帶與價帶的位置，適合進(jìn)行水的分解，其在水溶液中性質(zhì)穩(wěn)定，并且具有良好的光化學(xué)特性，在光催化降解污染物領(lǐng)域有著良好的效果。迄今為止，對于pb3nb4o13半導(dǎo)體材料的研究很少，對于其作為光陽極材料的光電化學(xué)性能的研究幾乎沒有。因此，對于其潛在的性能的研究還是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新的光陽極材料pb3nb4o13制備方法，此制備方法簡單、方便、條件溫和、有利于大規(guī)模制備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種pb3nb4o13光陽極材料的制備方法，包括以下幾個步驟：

1）量取適量的pbo和nb2o5混合于乙醇中，在球磨機(jī)中研磨一定時間，用乙醇清洗后并烘干，將烘干后的粉體高溫退火一定時間，冷卻至室溫；

2）將退火后的粉末再次研磨，研磨后再次高溫處理一段時間，冷卻至室溫，得到pb3nb4o13粉末。

3）將適量的pb3nb4o13粉末樣品分散于含i2的溶液a中，在超聲波的震蕩下獲得電泳沉積的懸浮液。將兩個面積相等的透明導(dǎo)電玻璃（fto）面對面相互平行浸入以上懸浮液，并在兩電極間施加一定的直流電壓，沉積設(shè)定的時間，切斷電流，將電極從懸浮液中取出，在室溫條件下晾干并在馬弗爐中焙燒得到pb3nb4o13光電極薄膜；

所述的步驟1）中球磨的物料比為60:1，固液比為1:2，球磨時間為14h。

所述的步驟1）中退火溫度為600度時間為6h。

所述的步驟2）中高溫處理的溫度為850度，時間為4h。

所述的步驟3）中含有i2的溶液a為丙酮與水的混合溶液，其比例為25:1。

所述的步驟3）中直流電壓為15v，時間為1-5min。

本發(fā)明具有以下有益效果：

pb3nb4o13是一種非金屬n型半導(dǎo)體，由于具有良好的光學(xué)特性，可以吸收波長小于420nm的可見光，使其在光催化領(lǐng)域引起人們的關(guān)注，其禁帶寬度為2.9ev，導(dǎo)帶與價帶位置橫跨水的導(dǎo)帶價帶位置，具有分解水的潛在價值，并且制備方法簡單、方便操作。為水的分解提供新的催化材料，緩解當(dāng)今的環(huán)境能源緊張的局勢。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中球磨得到的pb3nb4o13粉末的xrd圖。

圖2為實(shí)施例1中不同焙燒溫度的pb3nb4o13薄膜的xrd圖。

圖3為實(shí)施例1中不同焙燒溫度下得到的pb3nb4o13薄膜的sem圖。

圖4為實(shí)施例2中不同焙燒溫度下得到的pb3nb4o13薄膜的光電流的對比圖。

圖5為實(shí)施例2中不同焙燒溫度下得到的pb3nb4o13薄膜的阻抗圖譜的對比圖。

圖6為實(shí)施例2中pb3nb4o13薄膜的量子效率圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1pb3nb4o13光陽極材料

（一）pb3nb4o13粉末的制備：

1）取7.5mmol的pbo和5mmol的nb2o5混合于乙醇中，其固液質(zhì)量比比為1：2，攪拌均勻至于球磨罐中，罐中研磨球?yàn)?65g；

2）啟動球磨機(jī)，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200r/min，研磨14h，關(guān)閉電源，用乙醇清洗后并烘干，將烘干后的粉體在馬弗爐中600度退火6h，冷卻至室溫；

3）將退火后的粉末再次重復(fù)1），2）的步驟進(jìn)行研磨，研磨后再次煅燒850度4h，冷卻至室溫，得到pb3nb4o13粉末。

將步驟3得到的粉末進(jìn)行xrd測試，結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出該粉末為pb3nb4o13，具有良好的結(jié)晶性。

（二）pb3nb4o13電極薄膜的制備：

1）取10mgi2置于去離子水與丙酮的混合溶液中（水與丙酮的體積比為1:25），密封超聲30min至溶液分散均勻；

2）將1）中得到均勻的分散液中加入0.1gpb3nb4o13粉末，密封超聲1h，得到電泳沉積懸浮液；

3）將兩個面積相等的透明導(dǎo)電玻璃（fto）面對面相互平行浸入2）中得到的懸浮液，并在兩電極間施加15v的直流電壓，沉積3min；

4）切斷電流，將電極從懸浮液中取出，在室溫條件下晾干并在馬弗爐中焙燒400度得到pb3nb4o13光電極薄膜，標(biāo)記為pb3nb4o13-400

5）重復(fù)以上步驟，僅將步驟4）中的焙燒溫度分別改為450度和500度得到的兩個薄膜樣品分別標(biāo)記為pb3nb4o13-450，pb3nb4o13-500.

將步驟得到的三個樣品進(jìn)行xrd測試，結(jié)果如圖2所示，從圖中可以看出隨著焙燒溫度的增高，樣品的結(jié)晶度增強(qiáng)；再將樣品進(jìn)行sem測試，結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出隨著溫度的增高，薄膜表面孔隙率變低，薄膜更致密。

實(shí)施例2pb3nb4o13電極薄膜的應(yīng)用

分別將實(shí)施例1制備的pb3nb4o13-400、pb3nb4o13-400和pb3nb4o13-400光陽極進(jìn)行光電流、阻抗、以及量子效率等一系列的光電化學(xué)性能測試。

所有電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測試過程都在三電極體系的電化學(xué)工作站（princetonappliedresearch2273）中進(jìn)行。樣品薄膜作為工作電極，鉑片為對電極，ag/agcl為參比電極，電解液為0.5m硫酸鈉，樣品光照射面積為1cm²。

光電流測試：光源為300w氙燈，偏壓為1.18vvs.vrhe，測得結(jié)果如圖4所示，結(jié)果顯示，焙燒溫度對光電流的影響，隨著溫度的升高，光電流也隨之增大。

電化學(xué)阻抗譜（eis）測試：固定的電壓為0vvs.voc，頻率范圍是0.1~10⁵hz。測得結(jié)果如圖5所示，焙燒溫度越高，阻抗越小，其中，擔(dān)載co-pi的樣品的阻抗值最??；

量子效率（ipce）測試：選取多個波長(380nm，390nm,410nm,420nm,430nm,450nm,460nm,490nm)的單色光照射樣品，測得其在偏壓為1.18vvs.vrhe時的光電流。利用公式：

其中，i為光電流密度（單位：μa），λ為入射單色光波長(nm)，p為入射光強(qiáng)（單位：μw）。通過計(jì)算得出量子效率的值，結(jié)果如圖6所示，在波長為390nm單色光照射下的量子效率最高。