[發明專利]利用ZnO/TiO2薄膜和納米線結構來制備FeOOH催化劑的方法

在審

• 申請號: 201510682743.6
• 申請日: 2015-10-20
• 公開（公告）號: CN105233826A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 李振湖;陸文強;馮雙龍;劉雙翼;李昕;王亮;周大華;石彪
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/02;B01J37/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 尹麗云

技術領域

本發明涉及無機材料和納米材料制備技術領域，特別是涉及一種利用ZnO/TiO2薄膜和納米線結構來制備FeOOH催化劑的方法。

背景技術

現有技術中，制備FeOOH電催化劑的方案主要有以下幾種：

方案一，在文獻[J.A.Seaboldetal,J.Am.Chem.Soc.2012,134,2186]中報導有利用釩酸鉍作為光催化劑通過光電化學方法在薄膜上表面沉積上FeOOH電催化劑層的技術。

該方案的不足之處在于，在制備過程中需要同時使用光源和電化學裝置，其缺點是光電沉積的工藝復雜，沉積時間較長(5.5h)，耗能高，而且在薄膜表面獲得的是無特定形貌結構的FeOOH，不能完全覆蓋膜的表面，從而無法完全隔絕光催化試劑與電解質的接觸，造成刻蝕電極。

方案二，在文獻[W.D.Chemelewskietal,J.Am.Chem.Soc.2014,136,2843]中報導有把導電基底Si或FTO放在由氯化鈉、甲基咪唑和氯化亞鐵組成的溶液中，通過電化學方法在薄膜上沉積FeOOH電催化劑層。

該方案的不足之處在于，制備工藝中需要先用到氯化鈉、甲基咪唑和鹽酸等附加化學物質，而且反應需要嚴格控制溶液pH值，增加了制備的成本和復雜性，同時薄膜表面獲得的是無特定形貌的FeOOH，不能完全覆蓋膜的表面，容易發生刻蝕，造成光電極穩定性不高。

方案三，在文獻[Q.Yuetal,Adv.Funct.Mater.2015,25,2686]同樣利用光電沉積，但是使用了不同的鐵鹽前體，在赤鐵礦薄膜表面通過稍短(1h)的沉積時間即可獲得具有不規則姓毛的片狀的FeOOH電催化劑。

該方案的不足之處在于，雖然在制備工藝中通過光電沉積在赤鐵礦薄膜表面沉積上片狀結構的FeOOH，但是其片狀的形貌很不均勻，而且仍需要較長的沉積時間(1h)，耗能，此外需要后續的高溫煅燒處理過程，增加程序的復雜性。

綜上所述，現有的FeOOH電催化劑的制備工藝較為復雜，且制備得到的形貌也不均勻，在使用過程中容易反生蝕刻。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種利用ZnO/TiO2薄膜和納米線結構來制備FeOOH催化劑的方法，用于解決現有技術中FeOOH電催化劑的制備工藝較為復雜且制備得到的形貌也不均勻，從而導致使用過程中容易反生蝕刻等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供以下技術方案：

一種利用納米線結構來制備FeOOH催化劑的方法，包括：提供一包括有納米線的基底和反應液；將所述基底上包括有納米線的一面朝上放置地浸泡在所述反應液中，利用化學浴沉積法在所述納米線上制備出FeOOH納米片；其中，所述反應液中為包括Fe2+的溶液；或者所述反應液中為包括Fe2+化合物的溶液。

優選地，所述基底為FTO基底、Si基底及泡沫鎳基底中的至少一種。

優選地，利用化學浴沉積法在所述納米線上制備出FeOOH納米片時所需的溫度為常溫或室溫。

優選地，所述反應液中Fe2+的/Fe2+化合物的溶液濃度為2-10mmol/L。

優選地，所述反應液為氯化亞鐵溶液。

另外，本發明還提供了一種利用ZnO/TiO2薄膜結構來制備FeOOH催化劑的方法，包括：提供一具有ZnO薄膜/TiO2薄膜的基底和反應液；將所述基底浸泡在所述反應液中，利用化學浴沉積法在所述基底的ZnO薄膜/TiO2薄膜上制備出納米片狀結構的FeOOH共催化劑；其中，所述反應液中為包括Fe2+的溶液；或者所述反應液中為包括Fe2+化合物的溶液。

優選地，所述基底為FTO基底、Si基底及泡沫鎳基底中的至少一種。

優選地，利用化學浴沉積法在所述基底的ZnO薄膜/TiO2薄膜上制備出納米片狀結構的FeOOH共催化劑時所需的溫度為常溫或室溫。

優選地，所述反應液中Fe2+的/Fe2+化合物的溶液濃度為2-10mmol/L。

優選地，所述反應液為氯化亞鐵溶液。

相比現有技術，本發明至少具有以下優點：

首先，本發明采用低溫的化學浴沉積方法，把生長了納米線陣列的FTO、Si、泡沫鎳等基底浸泡在僅有氯化亞鐵的水溶液中，開發了不需要外加的能源驅動力如光源和電源等，而在室溫下條件下在核殼結構納米線的表面直接生長出超薄的FeOOH納米片，實現了在光吸收納米線材料的表面沉積上二維的電催化試劑，形成緊密接觸的三維核殼結構。