[發明專利]一種帶有雙重助氧催化層的可見光催化薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201511016862.4
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105642291A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 叢燕青;姬云;王娟;葛耀花;張軼;王齊
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C02F1/30;C02F1/461;C02F101/34
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

技術領域

本發明涉及光電催化材料技術領域，特別涉及一種基于氧化鐵構筑雙 重助氧催化層的高穩定性的可見光催化薄膜材料(Fe₂O₃-FeOOH-NiOOH) 及其運用。

背景技術

環境污染和能源短缺是當今人類面臨的兩大嚴峻挑戰。光電催化氧 化法因其高效、環境友好、能耗低等優點而備受矚目。此技術的關鍵在 于制備高效穩定的催化劑。

氧化鐵為過渡金屬氧化物，其在光電催化領域表現出一定的優越 性，其帶隙寬度較窄，在紫外和可見區域都表現出較強的光電化學響 應，與此同時，其還兼有物理和化學穩定性好、經濟成本低、對環境無 害的優點。但其光生電子和空穴易發生復合，致使光電活性降低。對 此，許多改性方法應運而生，如非金屬/金屬摻雜、半導體復合等。

助催化劑的運用為解決光生電子-空穴復合問題提供了另一種解決的 途徑。助催化劑能促進光解水產氫、產氧反應動力學，提高光生電荷反 應速率，從而減少光生電荷在催化劑表面的累積，避免光生電子-空穴重 新復合。助催化層的構筑可以提高光催化劑的穩定性，促進催化反應的 進行。

公開號為103432969A的中國發明申請公開了一種α-Fe₂O₃/FeOOH核 殼結構復合微球的制備方法。該發明所得的氧化鐵復合材料是在α-Fe₂O₃微球表面生成一層FeOOH納米棒，其具有新穎結構形態，微球的大小、 形貌、結構及組裝方式可控，可運用在復合氧化鐵磁性材料、污水處理 的催化劑、吸附劑等方面。

公開號為102824917A的中國發明申請公開了一種氧化鐵/鎢酸鉍復合 光催化劑及其制備方法與應用。該發明所制備Fe₂O₃/Bi₂WO₆復合材料的 光催化活性比純Bi₂WO₆有明顯提高，促進了其在治理環境污染方面的實 際應用潛力，還可用于光催化汽油脫硫和光催化生物滅菌等。

然而，傳統的復合光催化劑大多以粉末為主，在連續流動式的循環 系統中較難實現催化劑的分離和回收再用。因此，研發高效且穩定的薄 膜催化材料有著一定的應用前景。

發明內容

本發明提供了一種帶有雙重助氧催化層的可見光催化薄膜及其制備 方法和應用，解決了現有光催化材料催化效率不高、穩定性不好、回收不 便的技術問題。

一種帶有雙重助氧催化層的可見光催化薄膜(Fe₂O₃-FeOOH-NiOOH) 的制備方法，包括如下步驟：

(1)以含Fe²⁺的前驅體溶液作為電解液，采用三電極體系進行電沉 積，即以潔凈的導電玻璃(FTO)為工作電極，石墨電極為對電極，Ag/AgCl 電極作為參比電極，待其(電沉積后的導電玻璃)自然晾干后進行恒溫煅 燒獲得Fe₂O₃薄膜；

優選地，該步驟中所述含Fe²⁺的前驅體溶液為含FeCl₂·4H₂O的乙二 醇溶液；

優選地，該步驟中所述含Fe²⁺的前驅體溶液中的Fe²⁺摩爾濃度為0.01 M～0.04M，乙二醇溶液中乙二醇與蒸餾水的體積比為1:5～1:12；進一步優 選地，所述乙二醇溶液中Fe²⁺的摩爾濃度為0.02M，乙二醇與蒸餾水的體 積比為1:8；

優選地，該步驟中電沉積溫度為50～90℃，電沉積電壓為1～2V，電 沉積時間為0.5min～10min；進一步優選地，該步驟中電沉積溫度為 60～80℃，電沉積電壓為1～1.5V，電沉積時間為4min～6min；最優選地， 該步驟中電沉積溫度為70℃，電壓為1.36V，電沉積時間為5min。通過 電沉積工藝參數控制電沉積得到的催化薄膜的厚度。

優選地，該步驟中恒溫煅燒溫度為400～600℃，煅燒時間為1～5h； 進一步優選地，該步驟中恒溫煅燒溫度為450～550℃，煅燒時間為1～3h； 最優選地，該步驟中恒溫煅燒溫度為500℃，煅燒時間為2h。通過恒溫煅 燒溫度和時間控制催化薄膜的結晶度。