一种电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电化学处理磷‑硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将Fe

Electrochemical treatment of phosphorous molybdenum sulphide Co doped iron oxide photocatalytic film and preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of an electrochemically catalyzed phosphor molybdenum sulfide Co doped iron oxide photocatalytic film, which comprises the following steps: (1) Fe

【技术实现步骤摘要】
一种电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及光电催化材料
，特别涉及一种高效可见光响应的新型电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
能源是人类生存和发展的基础，随着化石燃料资源的日益枯竭，能源问题作为人类面临的重大问题之一，亟需被解决。2016年《BP世界能源统计年鉴》中显示，石油、煤炭、天然气三大化石燃料用量逐年加剧并且都不可再生。为了子孙后代的生存和发展，寻找新能源和可再生能源的需求越来越紧迫，而且发展清洁能源对于保护环境减少有害气体排放有着重要意义。光电催化技术以其高效、无害、环境友好等特点走进了人们的视线，并在环境净化和新能源开发方面具有巨大的潜力。光电催化技术的核心是制备高活性的光催化剂。以TiO2为代表的光催化剂，在氧化有机物的同时，还能还原重金属。然而，TiO2存在禁带宽度大(Eg＝3.2eV)，只对紫外光响应等缺陷，使得人们开始寻找其他光催化剂。其中Fe2O3等窄带隙半导体，因能直接吸收利用可见光而广受关注。Fe2O3的带隙能为2.2eV，最大吸收波长为560nm，对紫外光和可见光均表现出较好的光电化学响应，但光催化过程中，光生电子和空穴复合迅速，且光吸收系数小，致使光催化活性降低。一般可采取非金属掺杂、金属掺杂及半导体复合等方法来提高Fe2O3的光催化活性。事实上，空穴(或电子)的扩散长度、催化剂自身的导电性能、价带(或导带)位置、带隙能等多种因素都会影响光催化剂性能的改变，尤其是Fe2O3表面存在很多的氧空位，这些氧空位会捕获空穴或者电子导致严重的复合，很大程度限制Fe2O3的光电催化活性。非金属和MoS2掺杂和电化学处理制备的复合光电催化材料在各个方面提升催化剂性能。新型磷酸和二硫化钼共掺杂改性的三元体系的Fe2O3光催化剂(Fe2O3-Pi-MoS2)以优异的光催化性能引起广泛的关注。公开号为CN105597784A的中国专利文献公开了一种MoS2掺杂的氧化铁光催化薄膜、制备方法，包括如下步骤：(1)采用三电极体系，以Fe2+的前驱体溶液作为电解液，导电基底作为工作电极，石墨电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，进行电沉积；再经煅烧处理制得Fe2O3薄膜；(2)以MoS2的前躯体溶液作为电解液，以步骤(1)制得的Fe2O3薄膜为工作电极，钛片作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，进行电沉积；然后在惰性气体氛围下煅烧制得Fe2O3-MoS2薄膜。该方法利用电沉积方法将MoS2掺杂至氧化铁光催化薄膜上，能一定程度提高光电流，提升光催化活性，但提升效果有限；且制得的光催化薄膜稳定性较差。
技术实现思路
为进一步提高掺杂的氧化铁光催化薄膜的光生电子和空穴分离效率，提升光催化活性，本专利技术提供了一种电化学处理的非金属P和MoS2共掺杂的氧化铁光催化薄膜及其制备方法。本专利技术采用的技术方案是：一种电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)采用三电极体系，以Fe2+的前驱体溶液作为电解液，导电基底作为工作电极，石墨电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，进行电沉积；电沉积后放入磷酸缓冲溶液中浸渍，再经烘干后进行煅烧处理获得Fe2O3-Pi薄膜；(2)将步骤(1)制得的Fe2O3-Pi薄膜浸没于MoS2的前躯体溶液中，用水热法制得Fe2O3-Pi-MoS2薄膜；(3)将步骤(2)制得的Fe2O3-Pi-MoS2薄膜置于硼酸盐前驱体溶液中进行电化学处理，制得E-Fe2O3-Pi-MoS2薄膜，即所述的电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜。上述制备路线中，各步骤的具体工艺条件如下：(一)步骤(1)中：所述导电基底为导电玻璃(FTO)、钛片、铁片等。在电沉积之前需要预先清洗、烘干导电基底。所述Fe2+的前驱体溶液由可溶性亚铁盐和溶剂A配制而成，可溶性亚铁盐可为硝酸亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、醋酸亚铁或草酸亚铁等，溶剂A为乙二醇、甲醇、乙醇和水中的一种或几种。作为优选，可溶性亚铁盐为氯化亚铁，溶剂A为乙二醇和水的混合液，乙二醇与水的体积比为1：4～12。Fe2+的前驱体溶液中，所述乙二醇和水的混合液有利于电沉积过程中氢氧化亚铁的形成，其中，乙二醇与水的混合比例还可影响所制备薄膜的形貌，进而影响薄膜的光催化性能。优选地，所述Fe2+的前驱体溶液中的Fe2+摩尔浓度为0.01～0.2M。本专利技术的制备方法中光催化薄膜的表面状态存在很多易捕获空穴和电子的氧空位，氧空位的大量存在影响了光催化薄膜的催化性能。因此电沉积完成后，需要通过磷酸缓冲溶液浸渍减少Fe2O3表面氧空位，氧空位过多存在会捕获空穴和电子造成严重的复合问题，缓冲溶液的酸碱度和浸渍时间也会直接影响Fe2O3的表面状态，从而可影响复合膜的光催化性能。可通过调控磷酸缓冲溶液的酸碱度及浸渍时间来控制成膜的表面状态。优选地，磷酸缓冲溶液的pH值为7～12，浸渍的时间为0.5～5min；进一步优选，磷酸缓冲溶液的pH值为8～10，浸渍的时间为0.5～3min。最优选地，磷酸缓冲溶液的pH值为8.5，浸渍的时间为1min。通过磷酸缓冲溶液的pH值控制磷酸中P的含量，P的含量直接影响Fe2O3表面氧空位的数量，氧空位数量减少可以降低空穴电子复合，增强光电催化性能。同样浸渍时间的长短也可以控制掺杂的P的含量，从而调控光电催化性能。光催化薄膜的光电催化活性很大程度上与薄膜厚度有关，薄膜厚度太薄或太厚，均会影响薄膜的光活性和光生载流子的迁移，而只有当薄膜厚度适中时，光不但激发产生载流子,且能提高载流子的迁移速率，从而提高薄膜的光电催化活性。本专利技术的制备方法中光催化薄膜的总厚度基本上等于步骤(1)中电沉积形成的薄膜厚度与步骤(2)中水热法形成的薄膜厚度之和。电沉积的温度、时间及工作电压直接关系到电解沉积的产物和形成的产物的质量(即电沉积薄膜的厚度)。电沉积完成后，需通过高温煅烧进一步氧化，而煅烧温度和时间也直接影响生成的Fe2O3的晶相，从而可影响复合膜的光催化性能。可通过调控电沉积参数及煅烧参数来控制成膜有效面积和质量。优选地，所述电沉积的温度为50～90℃，电沉积的电压为1～2V，电沉积的时间为1～15min；进一步优选，所述电沉积的温度为60～80℃，电沉积的电压为1～1.5V，电沉积的时间为4～6min。最优选地，所述电沉积的温度为70℃，电沉积的电压为1.36V，电沉积的时间为5min。通过电沉积工艺参数控制电沉积得到的催化薄膜的厚度，薄膜厚度太薄，不能充分吸收光，且作为基底时，不能充分发挥其催化活性；薄膜太厚则影响光生载流子的迁移。当薄膜厚度适中时，光不但激发产生载流子，且能提高载流子的迁移速率，从而提高薄膜的光电催化活性。优选地，所述煅烧处理的温度为300～700℃，煅烧时间为0.1～2h；进一步优选，煅烧处理的温度为550～650℃，煅烧时间为0.1～0.5h；最优选地，所述煅烧处理的温度为630℃，煅烧时间为20min。通过恒温煅烧温度和时间控制催化薄膜的结晶度。在优选的煅烧温度下，材料具有良好的结晶度，晶相为α-Fe2O3，结晶度良好，光催化活性较高。当煅烧温度较低时，材料的结晶性很差，极大地限制光催化活性；当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学处理磷‑硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用三电极体系，以Fe

【技术特征摘要】
1.一种电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用三电极体系，以Fe2+的前驱体溶液作为电解液，导电基底作为工作电极，石墨电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，进行电沉积；电沉积后放入磷酸缓冲溶液中浸渍，再经烘干后进行煅烧处理获得Fe2O3-Pi薄膜；(2)将步骤(1)制得的Fe2O3-Pi薄膜浸没于MoS2的前躯体溶液中，用水热法制得Fe2O3-Pi-MoS2薄膜；(3)将步骤(2)制得的Fe2O3-Pi-MoS2薄膜置于硼酸盐前驱体溶液中进行电化学处理，制得E-Fe2O3-Pi-MoS2薄膜，即所述的电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜。2.根据权利要求1所述的电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，磷酸缓冲溶液的pH值为7～12，浸渍的时间为0.5～5min。3.根据权利要求1所述的电化学处理磷-硫化钼共掺杂氧化铁的光催化薄膜的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛燕青，张同同，丁雯琛，周鑫宇，张宁，张轶，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33