[發明專利]一種用于光電解用的α-Fe2O3光陽極的制備方法

在審

• 申請號: 201210384084.4
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN103726090A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 俞紅梅;付麗;李永坤;張長昆;邵志剛;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C25B11/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及光電解池，具體為一種用于光電解池的α-Fe₂O₃光陽極的制備方法。

背景技術

光電解過程是利用半導體吸收和轉化太陽能后將能量存儲為化學能的過程。太陽能的轉化和儲存最熱門的方式是通過光電解水產生氫氣，此方式也被認為是生產清潔能源的理想方式，其過程中消耗的原料只有水。氫能作為二次能源，具有清潔、高效、安全、可貯存、可運輸等諸多優點，已普遍被人們認為是一種最理想的新世紀無污染的綠色能源。與其他應用于光電解池的光電催化劑相比，α-Fe₂O₃半導體具有較窄的禁帶寬度使得光電轉化裝置可以利用太陽光中40%的光譜帶。另外，Fe元素因其在自然界中儲量豐富，價格便宜，并且α-Fe₂O₃具有光化學和電化學穩定性，無毒無害而被人們廣泛關注。

對光電解材料來說，α-Fe₂O₃半導體材料的制備過程及其制備條件對材料光電化學特性有很重要的影響。就α-Fe₂O₃半導體材料目前的發展來說，其制備方法多種多樣。文獻中報道的溶膠-凝膠法，霧化高溫分解法，化學氣相沉積等方法制備α-Fe₂O₃光陽極。溶膠-凝膠法應用了一種磁鐵礦納米晶體的分散膠體作為前驅體，通過凝膠的方法在FTO表面制備α-Fe₂O₃光陽極。霧化高溫分解法是利用Fe³⁺在氧氣存在的氧化環境中制備了α-Fe₂O₃半導體薄膜。化學氣相沉積是以Fe(CO)₅作為前驅體沉積α-Fe₂O₃半導體薄膜作為光陽極。

發明內容

為了克服α-Fe₂O₃半導體薄膜制備過程中的結構復雜，成本較高，使用危險性前驅體以及操作不方便等問題，本發明的目的在于針對光電解的α-Fe₂O₃半導體光陽極而提供一種制備簡單，操作方便及膜厚度易控制的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種用于光電解的α-Fe₂O₃光陽極的制備方法，通過在含有Fe²⁺前驅體溶液中進行電沉積在導電基板的表面沉積FeOOH薄膜，再將所得的FeOOH薄膜在高溫下煅燒在導電基板表面得到α-Fe₂O₃光陽極，其特征在于：

采用0.001-0.2M?Fe²⁺電解質溶液為電沉積前軀體溶液，導電基板上的陽極氧化電沉積電勢范圍為0.7-1.2V，溫度范圍為20-80℃，電沉積前軀體溶液的pH值范圍為1-8條件下進行電沉積，電沉積時間為1-30min。

具體步驟為：

將含有0.001-0.2M?Fe²⁺電解質溶液的電化學沉積槽置于恒溫設備中，工作電極、對電極和參比電極浸入到此電化學沉積槽的電解質溶液內，于沉積槽內工作電極的導電面與對電極相對設置并保持0.5-3.0cm的距離，通過導線將此工作電極和對電極延伸出沉積槽外側與電化學直流電源的工作電極、對電極和參比電極分別連接構成三電級體系，進行電沉積；

所述的工作電極為導電玻璃，Ti板或其他金屬板基質

電沉積完畢后，對電沉積得到的導電薄膜進行高溫煅燒，從而在工作電極的導電基板表面制備光陽極薄膜。

所述電化學沉積槽為具有耐酸堿性的玻璃或者聚四氟容器。

所述電解質溶液為0.001-0.2M的FeCl₂、FeSO₄、Fe(NO₃)₂或各種含有Fe²⁺離子的溶液。

所述參比電極為甘汞電極、汞-硫酸亞汞電極或銀-氯化銀電極。

所述的對電極為Pt片或石墨板。

所述的恒溫設備的恒溫范圍為0-100℃，并可根據需要進行調節。

所述的高溫煅燒的溫度范圍為400-900℃，時間為30-240min，空氣環境中煅燒。