[發明專利]一種液相傳輸制備α-氧化鐵薄膜的方法

有效

• 申請號: 201711460936.2
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108117274B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 楊曉剛;王家稷;王珂;朱聰旭;趙紅曉;雷巖;黃保軍;李品將
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C03C17/25
• 分類號: C03C17/25
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明提供一種液相傳輸制備α?氧化鐵薄膜的方法，包括如下步驟：將草酸或草酸鹽與硝酸鹽溶于蒸餾水配成混合溶液，調節混合溶液的pH為1?3；將混合溶液倒入高壓反應釜的內襯中；向高壓反應釜的內襯中加入固態含鐵化合物粉末；將清洗過的導電玻璃基片放入高壓反應釜內襯的混合溶液中，密封高壓反應釜；將高壓反應釜置于烘箱中反應后，自然冷卻；取出沉積有α?氧化鐵薄膜的導電玻璃基片，用蒸餾水沖洗、自然干燥，得到α?氧化鐵薄膜。本發明可以避免使用高純度可溶性鐵鹽前驅體，方法簡便、操作方便，既能用于制備光電薄膜，又能循環利用含鐵固體廢棄物。

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料制造技術領域，具體涉及一種液相傳輸制備α-氧化鐵薄膜的方法。

背景技術

隨著社會的高速發展，能源短缺日益嚴重，環境污染日漸加重，這便導致了可持續發展及地球自我修復的難度。鋼鐵銹蝕造成重大損失是一個長期困擾各國的難題，同時大量的固體廢棄物鐵銹。為了實現可持續性發展，需要開發新的可再生潔凈能源，且回收利用各種廢棄物、污染物，以實現資源的循環利用。光電化學技術利用太陽光在半導體表面分解水制氫或者還原二氧化碳而直接儲存太陽能，具有重要的研究應用價值。α-氧化鐵(α-Fe₂O₃)作為一種地殼常見元素組成的金屬氧化物，其儲量豐富、化學性能穩定并且無毒無害，同時其禁帶寬度適中(2.0～2.2電子伏特)、光吸收良好，在紫外光到可見光范圍均表現出較好的光電化學響應，所以可以在有色玻璃、光解水制氫、氣敏、煙敏傳感器等領域廣泛應用。

α-氧化鐵薄膜的制備方法主要分為水熱法、溶膠凝膠法、化學氣相沉積法、原子層沉積法、濺射法等。其中溶膠凝膠法薄膜附著性、致密性差，需要多次沉積、高溫燒結處理。化學氣相沉積法、原子層沉積法和濺射法成本較高。水熱法具有溫和、操作方便、低成本等優勢。專利CN200810116141.4采用二價鐵鹽、氫氟酸與氨水的混合溶液，在50-80度反應2～4h先制備出β-FeOOH薄膜，經500-700℃培燒轉化為α-Fe₂O₃薄膜。CN201410467792.3將覆有TiO₂薄膜的FTO導電玻璃浸入乙酰丙酮鐵-正丁醇溶液中，將該容器放于盛有氨水和去離子水的內膽中、反應釜密封后在100-160℃下反應6h，所得薄膜經過焙燒得到三氧化二鐵薄膜。專利CN201510342675.9以檸檬酸高鐵銨或草酸高鐵銨為原料以FTO導電玻璃為基片，在90-200度下水熱沉積得到牢固致密的α-氧化鐵薄膜。專利CN201510156402.5在ITO導電玻璃上，以三價鐵鹽和草酸鹽溶液在160～200℃下反應4～12h得到氧化鐵薄膜。專利CN201610768535.2采用鈦磷共修飾的FTO導電玻璃為基片，在含鐵的無機鹽和礦化劑水溶液中水熱反應3～5h，然后基片在500～600℃和700～800℃下退火得到鈦磷共摻雜氧化鐵薄膜。上述方法都需要可溶性鐵鹽作為反應前驅體，不能利用固體廢棄物鐵銹。

鐵銹主要成份為含水氧化鐵，以及其他各種鐵的氧化物，低成本高效回收利用的方法仍然不多。專利CN201010106319.4公開了一種利用廢酸洗液回收氯化亞鐵，控制反應溫度、沉淀劑、pH值和空氣流量來生產氧化鐵納米粉末的方法。專利CN201110063266.7公開了一種利用草酸溶液處理赤泥，利用紫外光或太陽光誘發的光化學反應獲得結晶草酸亞鐵的方法。專利CN201210316841.4采用共沉淀法從污泥中回收Fe³⁺，添加Fe(II)鹽并調節到堿性，制備得到磁性氧化鐵黑粉末。專利CN201310393851.2公開了一種使用震蕩污泥為原料，經過加熱去除草酸和草酸鈉來生產氧化鐵紅的方法，其產品的純度為90％。以固態含鐵化合物為原料，直接制備α-氧化鐵薄膜的技術尚屬空白。

發明內容

本發明的目的是提供一種液相傳輸制備α-氧化鐵薄膜的方法，采固態含鐵化合物，以草酸(或草酸鹽)和硝酸鈉(或其他可溶硝酸鹽)的混合溶液作為傳輸介質，水熱制備得到致密的α-氧化鐵薄膜，可以避免使用高純度可溶性鐵鹽前驅體，方法簡便、操作方便，既能用于制備光電薄膜，又能循環利用含鐵固體廢棄物。