[發明專利]一種FeOOH/CdS/Ti:Fe2

有效

• 申請號: 201710937474.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107829108B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 黃洪;王瓊柯;陳炎豐;司徒粵
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種FeOOH/CdS/Ti:Fe₂O₃復合光電極及其制備方法。該方法步驟如下：（1）將FTO清洗干凈；（2）將FTO浸沒于氯化鐵、尿素和鈦源的混合水溶液后，置于密封的反應釜中，在95~120℃的烘箱中反應3~12h；（3）水熱反應后的FTO置于馬弗爐中于500~800℃高溫煅燒，制備出Ti?Fe₂O₃光電極；（4）化學浴沉積CdS；（5）溶液沉積法沉積FeOOH制備得到FeOOH/CdS/Ti:Fe₂O₃復合光電極。本發明的制備方法簡單，可控性強，FeOOH修飾的CdS/Ti:Fe₂O₃光電極提高了光生電子和空穴的分離效率和穩定性，具有優異的光電催化性能。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體涉及一種FeOOH/CdS/Ti:Fe₂O₃復合光電極及其制備方法。

背景技術

能源是人類賴以生存和發展的物質基礎。近幾十年來，隨著煤、石油、天然氣等化石能源的日漸枯竭和與之伴隨的環境污染問題的日益嚴峻，人類社會的可持續發展受到了嚴重的威脅，開發清潔的可再生能源已經迫在眉睫。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點，太陽能越來越受到人們的重視并開始在現有的能源結構中扮演重要的角色。納米半導體光催化劑是一種納米尺度的半導體催化劑，通常由一些窄帶隙的氧化物或硫化物通過各種物理或化學方法制備而成，其優點在于不需要額外的能量，只需要吸收太陽光就能實現光催化,分解水產生氫氣以及分解廢水中的有機物，有效的解決目前人類所面臨的環境問題和能源問題。

α-Fe₂O₃納米材料由于其禁帶寬度窄 (2.0-2.2 eV)，對太陽光中的紫外光和可見光均具有良好的光電化學響應，理論研究表明納米α-Fe₂O₃光電極的最大光生電流密度可達12.6 mA/cm²，相應的太陽能-氫能的轉換效率可達15.5 %。除此之外，納米α-Fe₂O₃還具有光電催化性能穩定、來源豐富、對環境友好和價格低廉的優點。因此，α-Fe₂O₃納米材料作為一種非常有前途的可見光光催化劑，已經成為半導體光電催化分解水產氫領域的研究熱點之一。但是由于α-Fe₂O₃納米材料的導帶位置不合適、光生空穴擴散距離短、導電性差，導致其光生載流子的復合速率快、存活壽命短，從而也使其光電轉化效率遠低于理論值。因而，近年來人們采取了多種修飾方法對納米α-Fe₂O₃進行改性以提高其光電催化分解水的活性，比如離子摻雜、形貌調控、半導體復合等。

已有研究表明，CdS敏化的Fe₂O₃可以提高光生電子-空穴的分離效率。本發明制備CdS敏化的Ti摻雜的Fe₂O₃，但CdS/Ti:Fe₂O₃異質結存在嚴重的光腐蝕。因此，為了提高CdS/Ti:Fe₂O₃光電極的穩定性和光電性能，本發明通過溶液沉積法在CdS表面沉積超薄的FeOOH層。FeOOH一方面可以提高光生空穴傳遞速率，另一方面作為保護層，阻礙CdS的光腐蝕現象產生。本發明對金屬氧化物與金屬硫化物進行表面修飾，成功制備出了一種高效的三元復合光電極，在光電化學應用領域有重要的意義。

發明內容

為了克服上述三氧化二鐵光電極中的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種FeOOH/CdS/Ti:Fe₂O₃復合光電極及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現。