【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光阳极制备领域，尤其涉及一种ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极及其应用。
技术介绍
1、光电催化分解水制氢技术是获取清洁能源、解决能源危机和实现碳中和目标的有效手段之一。光电催化分解水过程主要光阳极的氧化反应和光阴极的还原反应，其中光阳极的四电子反应过程的氧化反应是整个反应体系的速率限制步骤。因此提升光阳极的催化速率对提升整个光电催化体系的性能至关重要。赤铁矿(α-fe2o3)由于其合适的带隙宽度及能级位置，无毒低成本和天然丰度的特性，可以作为光阳极材料。然而，α-fe2o3的本征电导率较差、空穴扩散长度短、比表面积小及活性位点匮乏，导致其实际光电转换性能远低于理论值。
2、现有技术，例如申请号为202111441198.3，名称为“ce-co3o4/α-fe2o3纳米棒阵列的制备方法及其在光阳极中的应用”公开了一种ce-co3o4/α-fe2o3纳米棒阵列的制备方法。该专利技术方法通过构筑ce-co3o4/α-fe2o3 p-n结，促进载流子分离，但ce-co3o4层十分致密的沉积于α-fe2o3，不利于p-n结形成内建电场促进载流子分离，同时，α-fe2o3本征电导率较差的根本性问题没能得到解决，使得其光电性能较低。
3、申请号为202111499945.9，名称为“co(oh)2修饰的nial-ldh/α-fe2o3复合光阳极及其制备方法”公开了通过水热辅助焙烧法，制备了co(oh)2修饰的nial-ldh/α-fe2o3复合光阳极，nial-ldh有利于提高
4、申请号为201911379146.0，名称为“一种ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合mofs异质结光阳极及其制备方法与应用”公开了通过ti掺杂，有效的解决了α-fe2o3的本征电导率较差的问题，表面复合mofs材料后，增加了活性位点，但mofs材料在光电催化中结构不稳定且与α-fe2o3存在明显的界面，同时具有工艺复杂、难以操作和高的异质结界面电荷迁移势垒的问题，限制了光阳极的分解水性能。
5、基于此，现亟需在ti掺杂α-fe2o3纳米棒基体材料的基础上，复合助催化剂，不仅解决α-fe2o3的本征电导率较差的根本性问题，且同时助催化剂与基体材料的界面结合力强，稳定性高，以显著提升光阳极在光催化剂过程中光生电子空穴对的分离能力。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光阳极，该光阳极基于ti掺杂α-fe2o3纳米棒基体材料的基础上复合高熵层状氢氧化物(即多金属元素层状氢氧化物)，不仅解决α-fe2o3的本征电导率较差的问题，且该高熵层状氢氧化物与基体材料的界面结合力强，显著提升了光阳极在光催化剂过程中光生电子空穴对的分离能力。
2、技术方案：本专利技术的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，由如下步骤制得：
3、(1)制备ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列；
4、(2)按co:cr:fe:cu:ni的摩尔比为1:(0.8～1):(0.8～1):(0.8～1):(0.8～1)，分别称取含co、含cr、含fe、含cu和含ni的金属盐为原料，溶于水中，配制电解质；
5、(3)将ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列采用盐酸进行刻蚀后，将其列为工作电极，采用步骤(2)的电解质，在三电极体系、-0.6～-1v的恒电压、20～30℃条件下搅拌沉积生长高熵层状氢氧化物60～240s，制得ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极。
6、本专利技术基于α-fe2o3纳米棒阵列基体材料的基础上，复合由co、cr、fe、cu、ni所形成由二维纳米片组成的高熵层状氢氧化物形成光阳极。该多金属高熵层状氢氧化物具有迟滞扩散效应，因此易于形成纳米结构的调幅组织，且该调幅组织带来的活性比表面积的增大，使得ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极活性位点增加，提高了光电转换性能。同时所形成的高熵层状氢氧化物具有优异的空穴捕获能力，能显著提升ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结在光催化过程中光生电子空穴对的分离能力。其次，本专利技术基于由co、cr、fe、cu、ni所形成的电解质基础上，通过电沉积前采用盐酸对ti掺杂α-fe2o3纳米棒刻蚀以及采用恒压沉积技术，使得高熵层状氢氧化物与ti掺杂α-fe2o3纳米棒之间异质结界面消除，降低异质结界面电荷迁移势垒，消除了界面复合机率，且高熵层状氢氧化物具有十分优异的稳定性，能在强碱及高电化学势下稳定工作。
7、进一步说，本专利技术制备方法的步骤(2)中，所述电解质的溶度为1×10-3～-3×10-3mol/l。
8、进一步说，本专利技术制备方法的步骤(2)中，所述金属盐对应于硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或磷酸盐。
9、进一步说，本专利技术制备方法的步骤(2)中，所述采用盐酸进行刻蚀是将ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列置于0.5～5wt.％的盐酸溶液中浸渍5～30min。
10、进一步说，本专利技术制备方法的步骤(1)中，所述ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列由如下步骤制得：将ti3c2粉末、六水合三氯化铁、尿素、水按质量比(0.01～0.03)：(0.5～1.0)：(0.1～0.5):50配制成溶液，搅拌均匀后加入到放置有导电玻璃的反应釜内，在80～120℃条件下水热处理，水热反应的时间为2～8h，经洗涤、干燥、煅烧制得ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列。优选的，煅烧是将水热反应后制备的ti-feooh纳米棒阵列在空气气氛中升温至400～700℃，保温1～4h，再升温至600～900℃，保温5～30min，制得ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列。
11、进一步说，本专利技术制备方法制备的高熵层状氢氧化物层的厚度为10～20nm，该厚度对ti掺杂α-fe2o3纳米棒的光吸收不产生影响。
12、本专利技术上述ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极用于光催化分解水。
13、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该方法制备的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极不仅从根本上解决了α-fe2o3的本征电导率较差的问题，且复合的高熵层状氢氧化物能够稳定地结合于纳米棒基体材料上，提高了该光阳极体系的结构稳定性，进而提高了光电催化水氧化能力。该光阳极在光照强度100w·cm-2、电压为1.23v的条件下的光电流密度为5.1～6.5ma·cm-2。此外，本专利技术采用水热结合电沉积法的合成方法，周期短，能耗低，适合工业化生产。
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1.一种Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，该光阳极由如下步骤制得：
2.根据权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述电解质的浓度为1×10-3～3×10-3mol/L。
3.根据权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述金属盐对应于硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或磷酸盐。
4.根据权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述采用盐酸进行刻蚀是将Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒阵列置于0.5～5wt.％的盐酸溶液中浸渍5～30min。
5.根据权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(1)中，所述Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒阵列由如下步骤制得：将Ti3C2粉末、六水合三氯化铁、尿素、水按质量比(0.01～0.03)：(0.5～1.0)：(0.1～0.5):50
6.根据权利要求5所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，所述煅烧是将水热处理制备的Ti-FeOOH纳米棒阵列在空气气氛中升温至400～700℃，保温1～4h，再升温至600～900℃，保温5～30min，制得Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒阵列。
7.根据权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，所述高熵层状氢氧化物所形成的层的厚度为10～20nm。
8.权利要求1所述的Ti掺杂α-Fe2O3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极用于光催化分解水。
...【技术特征摘要】
1.一种ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，该光阳极由如下步骤制得：
2.根据权利要求1所述的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述电解质的浓度为1×10-3～3×10-3mol/l。
3.根据权利要求1所述的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述金属盐对应于硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或磷酸盐。
4.根据权利要求1所述的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述采用盐酸进行刻蚀是将ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列置于0.5～5wt.％的盐酸溶液中浸渍5～30min。
5.根据权利要求1所述的ti掺杂α-fe2o3纳米棒复合高熵层状氢氧化物异质结光阳极，其特征在于，步骤(1)中，所述ti掺杂α-fe2o3纳米棒阵列由...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥会，陈真，
申请(专利权)人：江苏耀扬新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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