一种Fe制造技术

本发明专利技术涉及一种Fe

【技术实现步骤摘要】
一种Fe2O3/MXene光阴极及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料制备及制氢催化剂
，特别涉及一种Fe2O3/MXene光阴极及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人类社会的进步和全球工业的发展，石油、煤矿等一次化石能源供需紧缺形势日益严峻，能源问题成为世界各国可持续发展道路上的难题之一，寻找一种可再生、可循环利用的清洁能源迫在眉睫，氢能的可再生性及无污染的燃烧过程使其在清洁能源中脱颖而出。化石燃料制氢和光催化产氢是目前制氢的主要方法，但是这两种技术均需要消耗额外的物质来达到目的，而光解水技术由于可直接利用太阳能制氢能备受关注，成为了缓解能源危机和环境污染最有应用价值的技术之一。光解水技术需要制备光阴极材料，众所周知，Fe2O3为可持续的太阳能收集提供了令人鼓舞的方法(AnnamalaiA,SubramanianA,KangU,etal.ActivationofHematitePhotoanodesforSolarWaterSplitting:EffectofFTODeformation[J].JournalofPhysicalChemistryC,2015,119(7):3810-3817.)。然而，由于扩散长度短和光子吸收后电荷分离效率低而引起的快速电荷重组限制了其广泛应用。因此，开发一种光电催化效率高的Fe2O3光阴极来拓展其应用具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有Fe2O3光阴极扩散长度短，光子吸收后电荷分离效率低的缺陷或不足，提供一种Fe2O3/MXene光阴极。本专利技术提供的Fe2O3光阴极具有可见光响应等优点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。本专利技术的另一目的在于提供上述Fe2O3/MXene光阴极的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述Fe2O3/MXene光阴极在光电化学领域中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Fe2O3/MXene光阴极，包括衬底和依次负载在衬底上的Fe2O3薄膜和Mxene薄膜；所述Mxene薄膜的厚度为0.9～1.3μm。Mxene材料是一种二维材料，该材料可为离子的运动提供了更多的通道，大幅度提高了离子运动的速度，它有着过渡金属碳化物的金属导电性。本专利技术以衬底上负载的Fe2O3薄膜作为支撑载体，然后负载Mxene薄膜，Mxene材料可改善Fe2O3薄膜的短孔扩散长度(2-4nm)，显现出不错的光敏性，进而增强光电化学性质，消除了Fe2O3的膜层结构的局限性，提高了光阴极内的光生载流子的运输效率和光解水产氢效率。本专利技术提供的Fe2O3/MXene光阴极具有对可见光的响应的优点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。Fe2O3薄膜的厚度可为常规厚度。优选地，所述Fe2O3薄膜的厚度为0.8～1.5μm。优选地，所述衬底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。更为优选地，所述衬底为FTO导电玻璃。优选地，所述Mxene薄膜中Mxene为n型。上述Fe2O3/MXene光阴极的制备方法，包括如下步骤：S1：利用水热反应在衬底上沉积Fe2O3前驱体，然后热处理得Fe2O3薄膜；S2：在Fe2O3薄膜上涂覆Mxene溶液，烘干，即得所述Fe2O3/MXene光阴极。本专利技术通过水热法使得Fe2O3前驱体(β-FeOOH)沉积在衬底，可形成稳固的基底；然后进行热处理得到Fe2O3，同时排除水热生长出来的可能的其他杂质，形成了更加稳固和纯的Fe2O3，进而提高支撑载体的稳固性。同时还可增强Fe2O3与衬底之间的连接和导电性，显著减小电阻，提升光阴极的稳定性和光电流密度。另外，经水热处理和热处理后，对衬底基本无影响，例如，以FTO玻璃为衬底时，依然可保持其较好的导电性和透光性。本专利技术的制备方法操作简单，条件可控，重复性好；本专利技术的制备方法制备得到的Fe2O3/MXene光阴极具有稳定性高、对可见光的响应的特点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。优选地，S1的过程如下：S11：向含三价铁盐的溶液中加入硝酸盐，得混合液；所述含三价铁盐的溶液的pH为8～10；S12：将衬底置于混合液中，进行水热反应，然后取出衬底，干燥，即可；S13：将S12得到的衬底在500～550℃下退火，然后在700～800℃下高温烧结，即得。S13中通过退火得到Fe2O3薄膜，然后进行高温烧结，进一步提升Fe2O3薄膜和衬底之间的连接和导电性，稳固性更好。更为优选地，S11中所述硝酸盐为NaNO3或KNO3中的一种或两种。更为优选地，S12中所述三价铁源为氯化铁。更为优选地，S11中利用酸性溶液(例如盐酸、稀硫酸等)调节pH。更为优选地，S12中水热反应的温度为100～120℃，时间为6～8h。Mxene溶液可通过本领域常规的方法制备得到，在此，本专利技术也提供一种制备Mxene溶液的方法。优选地，S2中所述Mxene溶液通过如下过程制备得到：S21：对MAX-Ti3AlC2进行刻蚀处理，然后离心取沉淀；S22：将沉淀溶解于有机溶液中，超声，离心取沉淀；S23：向沉淀中加水，破碎，离心取上清液即得所述Mxene溶液。本领域常规的有机溶剂均可用于本专利技术中，例如乙醇。更为优选地，S21利用氟化锂和盐酸的混合溶液进行刻蚀。优选地，S2中所述MXene溶液的浓度为1g/15～20mL。上述Fe2O3/MXene光阴极在光电化学领域中的应用也在本专利技术的保护范围内。优选地，所述Fe2O3/Mxene光阴极在光电化学分解水产氢中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的Fe2O3/MXene光阴极具有稳固性高，可见光响应等优点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。本专利技术的制备方法操作简单，条件可控，重复性好。附图说明图1是本专利技术实施例3提供的Fe2O3的表面扫面电镜图；图2是本专利技术实施例3提供的Fe2O3/MXene薄膜的表面扫面电镜图；图3是本专利技术实施例3提供的Fe2O3的截面扫描电镜图；图4是本专利技术实施例3提供的Fe2O3/MXene薄膜的截面扫面电镜图；图5是本专利技术实施例3提供的Fe2O3的X射线衍射图；图6是本专利技术实施例3提供的Fe2O3/MXene薄膜的X射线衍射图；图7是光电流密度-偏压曲线对比图；图8是光电流密度-时间曲线对比图；图9是紫外-可见光吸收谱图。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本专利技术。这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe

【技术特征摘要】
1.一种Fe2O3/MXene光阴极，其特征在于，包括衬底和依次负载在衬底上的Fe2O3薄膜和Mxene薄膜；所述Mxene薄膜的厚度为0.9～1.3μm。


2.根据权利要求1所述Fe2O3/MXene光阴极，其特征在于，所述Fe2O3薄膜的厚度为0.8～1.5μm。


3.根据权利要求1所述Fe2O3/MXene光阴极，其特征在于，所述衬底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。


4.权利要求1～3任一所述Fe2O3/MXene光阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在衬底上通过水热反应沉积Fe2O3前驱体，然后热处理得Fe2O3薄膜；
S2：在Fe2O3薄膜上涂覆Mxene溶液，烘干，即得所述Fe2O3/MXene光阴极。


5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1的过程如下：
S11：向含三价铁盐的溶液中加入硝酸盐，得混合液；所述含三价铁盐的溶液的pH为6～8；
S12：将衬底置于混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，张小琴，许元妹，杨丽琴，张哲，陈文彬，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44