一种铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法技术

一种铁盐修饰的α

【技术实现步骤摘要】
一种铁盐修饰的
α-三氧化二铁薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及三氧化二铁薄膜的制备方法，尤其是涉及一种柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能取之不尽、用之不竭，如果把部分太阳能转化为人们可以利用的能源资源，就可以满足我们日常生活所有的能源需求。氢气因其来源广泛、燃烧产物无污染、能量密度高、通过氢燃料电池能转化成电能等特点，成为一种理想的储能载体。1972年，日本Fujishima教授首次提出纳米二氧化钛(TiO2)在紫外灯照射下具有催化分解水制氢的能力，这引起了科学界对光催化分解水制氢的极大兴趣。但作为二次能源，获得氢能必须以消耗其它能源为代价，所以制氢途径便成为氢能研究中的关键环节。以太阳光为能量，通过光化学手段分解水获取氢气，将太阳能转换成氢能，对实现能源的可持续发展具有重要的现实意义。
[0003]然而，以二氧化钛为代表的传统纳米光催化材料，由于其带隙宽，对太阳能利用率低，严重阻碍了光催化材料的实际应用。为此，人们持续探索研究具有可见光响应的新型光催化材料。α-三氧化二铁半导体材料的带隙宽度窄，具有很强的可见光吸收效率，可见光范围可以达到590nm，于此同时，其化学性质稳定、含量丰富。因此，α-三氧化二铁半导体材料被认为是一种理想的光催化材料，对其光催化性能的研究已是一个热点。但是，纳米α-三氧化二铁存在空穴传输距离短、电子-空穴复合几率高等缺点，限制了其光解水的效率。一种方法是通过掺杂Ti、Sn、Si等元素提高纳米α-三氧化二铁薄膜的导电性，便于空穴传输，提高光电流；另一种方法是通过Al2O3，Ga2O3，In2O3，Co-Pi等金属氧化物或各种铁盐对α-三氧化二铁表面进行修饰，以改变表面态或提高催化放氧活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对α-三氧化二铁膜催化放氧活性低的问题，提出一种柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，该制备方法采用浸泡的方法合成，将由水热法制得的α-三氧化二铁浸泡于柠檬酸铁铵溶液中，促进三氧化二铁薄膜表面的电荷分离，以提高光电流和光解水放氧能力。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，步骤如下：
[0007]1)将基体FTO导电玻璃依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗，氮气干燥后备用；
[0008]2)将铁盐溶于水，配制水热前驱液，将FTO导电玻璃浸没于该前驱液中，放置于密封的反应釜中，在90-120℃的烘箱中反应3-6小时，冷却至室温后打开反应釜，取出FTO导电玻璃；
[0009]3)将上述FTO导电玻璃在马弗炉中于300-800℃焙烧10-60分钟，得到水热制备的
α-三氧化二铁薄膜；
[0010]4)将柠檬酸铁铵溶于去离子水中，配制浓度为0.01摩尔/升的柠檬酸铁铵溶液，将步骤3)制备的镀有α-三氧化二铁薄膜的FTO浸泡于该步制得的溶液中，取出后常温氮气干燥后备用。
[0011]所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；前驱液铁盐的浓度为0.15摩尔/升。
[0012]本专利技术的优点是：1)制备工艺简单、原料低廉、操作容易、制备成本低且清洁无污染；2)通过浸泡用柠檬酸铁铵修饰α-三氧化二铁薄膜，使得α-三氧化二铁薄膜具有更高电荷分离能力和更好催化放氧活性，有望在工业生产领域得到应用。
附图说明
[0013]图1是本专利技术制得的α-三氧化二铁薄膜的光电流图。
[0014]图中：曲线1是实施例1制备的柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的光电流，曲线2是实施例1制备的柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的暗电流；曲线3是对比实施例2制备的α-三氧化二铁薄膜的光电流，曲线4是对比实施例2制备的α-三氧化二铁薄膜的暗电流。
具体实施方式
[0015]实施例1：
[0016]一种铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，步骤如下：
[0017]1)将FTO导电玻璃裁成10
×
30毫米的方块，依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗基体FTO导电玻璃，氮气干燥后备用；
[0018]2)将4.05克六水合三氯化铁和4.25克硝酸钠溶于100毫升水中，得到前驱液，即前驱液中三氯化铁的浓度为0.15摩尔/升，硝酸钠的浓度为0.5摩尔/升，将FTO导电玻璃浸没于该前驱液中，放置于密封的反应釜中，在95℃的烘箱中反应4小时，冷却至室温后打开反应釜，取出FTO导电玻璃；
[0019]3)将得到的FTO玻璃在马弗炉中于750℃焙烧20分钟，得到α-三氧化二铁薄膜；
[0020]4)称取10.6毫克柠檬酸铁铵溶于4毫升去离子水中，得到浓度为0.01摩尔/升的柠檬酸铁铵溶液，将制备的镀有α-三氧化二铁薄膜的FTO浸泡于该溶液中，保持60分钟。
[0021]对比实施例2：
[0022]该对比实施例的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：α-三氧化二铁膜并未浸泡柠檬酸铁铵溶液。
[0023]制得的α-三氧化二铁薄膜的光电流图的分析：
[0024]以制备的纳米α-三氧化二铁薄膜为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，用电化学工作站线性扫描伏安法测试上述实施例制备的α-三氧化二铁薄膜的光电催化分解水性能，扫描电压范围为-0.5～1.0V vs Ag/AgCl。电解质为1M的氢氧化钠溶液，光源为模拟太阳光(光强为100mW cm-2
)。其光电流图如图1所示，图中：曲线1是实施例1制备的柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的光电流，曲线2是实施例1制备的柠檬酸铁铵修饰的α-三氧化二铁薄膜的暗电流；曲线3是对比实施例2制备的α-三氧化二铁薄膜的光电流，曲线4是对比实施例2制备的α-三氧化二铁薄膜的暗电流。
[0025]由曲线分析结果我们明显看到，浸泡柠檬酸铁铵溶液的α-三氧化二铁薄膜在光电作用下有较大光电流出现。在外电压为1.23V vs.RHE时光电流密度达到1.18mA/cm2，较未浸泡柠檬酸铁铵溶液的α-三氧化二铁薄膜有明显提高，而且薄膜催化稳定性较好。浸泡柠檬酸铁铵溶液，促进了三氧化二铁薄膜表面的电荷分离，提高空穴迁移率，进而提高光电流和光解水放氧能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：1)将铁盐溶于水，配制水热前驱液，将表面经过清洁处理的FTO导电玻璃浸没于该前驱液中，放置于密封的反应釜中，在90-120℃的烘箱中反应3-6小时，冷却至室温后打开反应釜，取出FTO导电玻璃；2)将上步得到的FTO导电玻璃在马弗炉中于300-800℃焙烧10-60分钟，得到α-三氧化二铁薄膜；3)将步骤2)制备的镀有α-三氧化二铁薄膜的FTO浸泡于柠檬酸铁铵溶液中，得到柠...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红艳，李言，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：