[發(fā)明專利]一種鈦磷共摻雜氧化鐵光電極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610768535.2
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN106400045B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 鐘俊;呂小林
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;C03C17/23
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;康正德

本發(fā)明提供了一種鈦磷共摻雜氧化鐵光電極及其制備方法，屬于納米材料領域。該方法包括如下步驟：清洗FTO導電玻璃，將鈦的無機鹽和磷酸均勻分散到去離子水中，配置得到前驅體溶液；將清洗后的FTO導電玻璃置入盛有所述前驅體溶液的反應釜中，在95?105℃下反應3?5h，制備得到鈦磷共修飾的FTO導電玻璃；將所述鈦磷共修飾的FTO導電玻璃置入盛有鐵的無機鹽和礦化劑水溶液的反應釜中，在90?100℃下反應3?5h；取出反應后的所述鈦磷共修飾的FTO導電玻璃，在500?600℃下退火1?3h，再在700?800℃下退火10?30min，制備得到鈦磷共摻雜氧化鐵光電極。本發(fā)明的方案可以將金屬和非金屬共摻雜到α?Fe₂O₃中，并由此極大提高其光解水性能。

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料領域，特別是涉及一種鈦磷共摻雜氧化鐵光電極及其制備方法。

背景技術

能源危機與環(huán)境污染問題正在成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題，開發(fā)利用清潔能源勢在必行。在眾多的清潔能源中，氫能是一種應用潛力巨大的能源，其具有很高的燃燒值，而且氫氣燃燒后的產物不會帶來任何環(huán)境污染的問題，是替代傳統(tǒng)化石能源的理想能源之一。然而，目前氫氣的大規(guī)模獲取主要來自于煤、石油與天然氣的重整，這種產氫方式雖然工藝成熟但成本高昂、污染環(huán)境，因而尋求綠色、經濟、環(huán)保的產氫方法勢在必行。與此同時，因為具有清潔無污染、分布廣泛、取之不盡和用之不竭的優(yōu)點，太陽能越來越受到人們的重視并開始在現(xiàn)有的能源結構中扮演重要的角色。因此，以半導體納米材料為催化劑，以太陽能為能量來源的光電催化分解水產氫技術將是未來人類大規(guī)模獲取氫能的最佳途徑之一。

在眾多半導體光解水材料中，α相三氧化二鐵(α-Fe₂O₃)由于廉價、無毒、穩(wěn)定性好、在地球上儲量豐富，使其成為一種非常有前途的可見光光催化劑。理論預測表明α-Fe₂O₃的光電轉換效率高達16.8％，在1.23V(Vs.RHE)時具有高達12.6mA/cm²的光電流密度。但在實際研究當中，由于α-Fe₂O₃自身的導電性很差、光生載流子的壽命短(10-12s)、光生空穴傳輸距離短(2-4nm)且光生電子-空穴對極易復合、表面產氧動力學反應慢等原因，使得α-Fe₂O₃的實際光電流密度遠遠低于其理論值。因此，若要使α-Fe₂O₃具有實用價值，對其進行修飾和改性勢在必行。

元素摻雜、形貌控制和表面處理是常用的修飾和改性的方法。尤其是元素摻雜的方式極大提高了α-Fe₂O₃的導電性，進而提高了α-Fe₂O₃的光解水性能。目前，已經被成功摻雜到α-Fe₂O₃中的金屬元素有鈦(Ti)、錫(Sn)、鉑(Pt)、鋯(Zr)和錳(Mn)等，非金屬元素有硅(Si)和磷(P)。在制備元素摻雜α-Fe₂O₃的過程中，大多數(shù)采用以下兩種方式：第一種方式是將元素的前軀體加到α-Fe₂O₃的表面，然后通過加熱的方式使元素擴散到α-Fe₂O₃的體相；第二種方式是在制備α-Fe₂O₃的過程中加入元素的前軀體。然而，上述兩種方式制備出的元素摻雜α-Fe₂O₃光解水性能仍然不是非常高，因此，α-Fe₂O₃光電催化分解水的相關研究也尚處于實驗室研究階段。

發(fā)明內容