一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法及其应用技术

一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法及其应用，属于清洁能源制备技术领域。选择导电玻璃作为基底，是因为其具有优异的导电性，并可以提供刚性支撑并用作高效的集流器。通过溶胶凝胶法合成FeCoNiOOH凝胶，再将FeCoNiOOH凝胶分散在二甲基甲酰胺中用于旋涂。将分散好的FeCoNiOOH凝胶旋涂在导电玻璃上，便成功制成了光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜。本方法步骤简易、成本低廉、环境友好，过程可控制，适合工业大规模化生产制造；本方法涉及的原材料无毒环保，廉价易得，储量丰富；所得产品性能优异，功能稳定。

Preparation and application of an optical transparent conductive glass loaded oxide film of iron cobalt and nickel hydroxides

A preparation method and application of an optically transparent conducting glass loaded iron cobalt and nickel oxide film and the application thereof belong to the technical field of clean energy preparation. Conductive glass is selected as the base because it has excellent conductivity, and it can provide rigid support and use as an efficient collector. FeCoNiOOH gel was synthesized by sol-gel method, and then FeCoNiOOH gel was dispersed in two methyl formamide for spin coating. The dispersed FeCoNiOOH gels were coated on the conductive glass, and the iron cobalt and nickel hydroxyl oxide film loaded with transparent and transparent conductive glass was successfully made. The method has the advantages of simple steps, low cost, environmental friendliness, controllable process and suitable for industrial mass production and manufacturing. The raw materials are non-toxic, environmental friendly, cheap and easy to get, and have abundant reserves. The products obtained are excellent in performance and stable in function.

【技术实现步骤摘要】
一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法及其应用
本专利技术属于清洁能源制备
，具体涉及一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法及其应用。
技术介绍
随着全球能源需求的增长，化石燃料的枯竭以及相关的负面环境影响正在推动对各种高效率、低成本和环保清洁的可持续能源转换和储存技术的深入研究。太阳能作为最丰富的自然资源之一，其开发与利用已经吸引了大批的学者。最典型的利用方法之一是太阳能电池，太阳能可以通过太阳能电池转换成电能，但是能量不能被储存。众所周知，由于区域或季节性因素，太阳能源通常是不连续的并且是可变的，因此我们需要更有效地储存收获的太阳能。水的光电分解是生产太阳能燃料的最有前景的技术之一。水分解包括阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。当HER或OER电催化剂在单个器件中的光子吸收器上直接负载时，催化剂层不仅需要具有高活性，而且也应该是透明的，这对于促进光电极吸收辐射的光子是至关重要的。而且，OER比HER需要更大的过电位，这是水电解过程中存在的瓶颈问题。OER通过四电子转移过程进行，其对应于参与反应的四种不同表面物种，这要求我们要找到高活性的OER催化剂以建立有效的光电催化体系。已知的IrOx和RuOx电催化剂表现出较小的过电位，与其他典型的金属氧化物相比，具有较高的OER催化活性。然而，Ir和Ru是昂贵的稀有元素，成本很高，妨碍了其在实际生产中的应用。具有透明和高活性特点的OER催化剂会大幅度提高光电催化器件的性能。膜状催化剂制备容易，并可以通过调节形貌适应所需的结构。一元的Co、Fe和Ni氧化物（氢氧化物）的OER性能从理论和实验上都已经很好地建立起来，二元金属氧化物（氢氧化物）如Ni-Fe和Co-Fe以及掺杂的一元氧化物（氢氧化物）也被广泛地研究，研究结果表明，OER活性主要由表面上的OER中间体（*OH，*O，*OOH）的能量驱动。目前已有的光学透明的OER催化剂的催化活性仍然很低，光学透过率也很低，制备成本高昂，因此设计并制备一种活性高、透过率高、成本低的光学透明OER催化剂十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前光学透明OER催化剂催化活性低、光学透过率差、成本高的问题，提供一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法及其应用，该方法利用简单的溶胶凝胶法制备出FeCoNiOOH凝胶，再使用旋涂的手段在导电玻璃上制成薄膜，制备而成的薄膜具有优异的OER催化性能。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：称量无水三价铁盐、无水二价钴盐、无水二价镍盐各0.5~1.5mmol，将三种金属盐溶于2~4mL无水乙醇中，制备成溶液A；步骤二：取2~4mL无水乙醇和0.18~0.36mL水混合得到溶液B；步骤三：将步骤一制备的溶液A缓慢滴入步骤二制备的溶液B中，滴加过程中不断搅拌溶液B，搅拌速度为300转/分钟，滴加速度为0.2~0.5mL/s，形成溶胶C；步骤四：将步骤三制备的溶胶C在冰水浴中保持2h，再缓慢滴入1~2mL氧化丙烯，静置12~24h，即得到FeCoNiOOH凝胶，将该凝胶浸没在丙酮中进行保存备用；步骤五：取2~6mg步骤四制备的FeCoNiOOH凝胶均匀分散在2~6mL二甲基甲酰胺中形成分散液D；步骤六：将步骤五制备的分散液D旋涂在一块大小为2cm×2cm的导电玻璃上，旋涂速度为3000~6000转/分钟，旋涂后将样品在60℃下烘干12h，制备成光学透明的导电玻璃负载的FeCoNiOOH薄膜。一种上述制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的应用，作为OER催化剂的应用，具体为：将光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜使用电极夹固定，作为工作电极，应用于OER催化。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：（1）本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜光学透过率高，可达到90%以上，促进了光电极吸收辐射的光子。（2）本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜相比于一元和二元的过渡金属氧化物（氢氧化物）具有更加优异的OER催化活性。（3）本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜可以避免使用粘合剂，不阻碍离子传输和电子转移。（4）本专利技术光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜制备方法简单，成本低廉、环境友好、过程可控制，适合工业大规模化生产制造；本专利技术的制备方法涉及的原材料无毒环保，廉价易得，储量丰富；所得产品性能优异，功能稳定。附图说明图1为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的合成示意图。图2为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的1μm视野的SEM图。图3为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的500nm视野的SEM图。图4为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜与导电玻璃对比的光学透过率曲线图。图5为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜与其他材料对比OER的线性循环伏安(LSV)曲线图。图6为本专利技术制备的光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的时间-电流曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：称量无水三价铁盐、无水二价钴盐、无水二价镍盐各0.5~1.5mmol，将三种金属盐溶于2~4mL无水乙醇中，制备成溶液A；步骤二：取2~4mL无水乙醇和0.18~0.36mL水混合得到溶液B；步骤三：将步骤一制备的溶液A缓慢滴入步骤二制备的溶液B中，滴加过程中不断搅拌溶液B，搅拌速度为300转/分钟，滴加速度为0.2~0.5mL/s，形成溶胶C；步骤四：将步骤三制备的溶胶C在冰水浴中保持2h，再缓慢滴入1~2mL氧化丙烯，静置12~24h，样品由深绿色溶胶变为红棕色凝胶，即得到FeCoNiOOH凝胶，将该凝胶浸没在丙酮中进行保存备用；步骤五：取2~6mg步骤四制备的FeCoNiOOH凝胶均匀分散在2~6mL二甲基甲酰胺中形成分散液D；步骤六：将步骤五制备的分散液D旋涂在一块大小为2cm×2cm的导电玻璃上，旋涂速度为3000~6000转/分钟，旋涂后将样品在60℃下烘干12h，制备成光学透明的导电玻璃负载的FeCoNiOOH薄膜。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，步骤一中，所述无水三价铁盐为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3或Fe(CH3COO)3中的一种，所述无水二价钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2或Co(CH3COO)2中的一种，所述无水二价镍盐为Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2或Ni(CH3COO)2中的一种。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：称量无水三价铁盐、无水二价钴盐、无水二价镍盐各0.5~1.5 mmol，将三种金属盐溶于2~4 mL无水乙醇中，制备成溶液A；步骤二：取2~4 mL无水乙醇和0.18~0.36 mL水混合得到溶液B；步骤三：将步骤一制备的溶液A缓慢滴入步骤二制备的溶液B中，滴加过程中不断搅拌溶液B，搅拌速度为300转/分钟，滴加速度为0.2~0.5 mL/s，形成溶胶C；步骤四：将步骤三制备的溶胶C在冰水浴中保持2 h，再缓慢滴入1~2 mL氧化丙烯，静置12~24 h，即得到FeCoNiOOH凝胶，将该凝胶浸没在丙酮中进行保存备用；步骤五：取2~6 mg步骤四制备的FeCoNiOOH凝胶均匀分散在2~6 mL二甲基甲酰胺中形成分散液D；步骤六：将步骤五制备的分散液D旋涂在一块大小为2 cm×2 cm的导电玻璃上，旋涂速度为3000~6000转/分钟，旋涂后将样品在60 ℃下烘干12 h，制备成光学透明的导电玻璃负载的FeCoNiOOH薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：称量无水三价铁盐、无水二价钴盐、无水二价镍盐各0.5~1.5mmol，将三种金属盐溶于2~4mL无水乙醇中，制备成溶液A；步骤二：取2~4mL无水乙醇和0.18~0.36mL水混合得到溶液B；步骤三：将步骤一制备的溶液A缓慢滴入步骤二制备的溶液B中，滴加过程中不断搅拌溶液B，搅拌速度为300转/分钟，滴加速度为0.2~0.5mL/s，形成溶胶C；步骤四：将步骤三制备的溶胶C在冰水浴中保持2h，再缓慢滴入1~2mL氧化丙烯，静置12~24h，即得到FeCoNiOOH凝胶，将该凝胶浸没在丙酮中进行保存备用；步骤五：取2~6mg步骤四制备的FeCoNiOOH凝胶均匀分散在2~6mL二甲基甲酰胺中形成分散液D；步骤六：将步骤五制备的分散液D旋涂在一块大小为2cm×2cm的导电玻璃上，旋涂速度为3000~6000转/分钟，旋涂后将样品在60℃下烘干12h，制备成光学透明的导电玻璃负载的FeCoNiOOH薄膜。2.根据权利要求1所述的一种光学透明的导电玻璃负载的铁钴镍羟基氧化物薄膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述无水三价铁盐为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3或Fe(CH3COO)3中的一种，所述无水二价钴盐为Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2或Co(CH3COO)2中的一种，所述无水二价镍盐为Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2或Ni(CH3COO)2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘禹萱，白羽，韩余，于洲，孙克宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23