[發(fā)明專利]MIL-100(Fe)/TiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811443736.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109402661B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白紅葉;崔偉成;范偉強;白亞杰;高楊;孫東甜;劉穎
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及光電極的制備，尤其涉及一種MIL?100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明首先采用水熱合成方法在FTO基片上制備出垂直生長的TiO₂納米棒陣列，然后利用恒電壓電化學(xué)沉積法在其表面上電沉積一層FeOOH，最后經(jīng)水熱合成法通過有機配體將TiO₂表面的FeOOH轉(zhuǎn)化成一層超薄的MIL?100(Fe)，最終制得MIL?100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極。本發(fā)明還公開了將其作為工作電極應(yīng)用于光電化學(xué)分解水反應(yīng)。本發(fā)明利用簡單的水熱合成法和恒電壓電化學(xué)沉積法所制備的MIL?100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極，該材料具有優(yōu)秀的光電化學(xué)性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，其光電轉(zhuǎn)換效率要比純TiO₂光電極更高。本發(fā)明工藝簡單，重復(fù)性好，且所用材料價廉無毒，符合環(huán)境友好要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及光電極的制備，尤其涉及一種 MIL-100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著世界環(huán)境污染和能源危機的日益加重，尋找和發(fā)展一種可持續(xù)性的清潔能源顯得刻不容緩，因此綠色能源的開發(fā)與利用已成為目前人類所面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一；光電化學(xué) (PEC)分解水制氫是作為一種極具潛力的制氫技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，并且氫具有的燃燒無污染和熱值高的優(yōu)勢使氫能在未來有廣闊的前景。半導(dǎo)體材料的光響應(yīng)能力、光生電荷的轉(zhuǎn)移、帶隙結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性都能夠直接影響PEC分解水的性能，因此設(shè)計和構(gòu)建半導(dǎo)體材料是提高PEC制氫效率最直接有效的途徑之一。

TiO₂作為已知最早的太陽能制氫半導(dǎo)體之一，由于TiO₂的禁帶寬度較寬(約3.2eV)，內(nèi)部的光生電子和空穴容易發(fā)生復(fù)合，并且只能對紫外光(大約只占太陽光的5％)產(chǎn)生響應(yīng)能力，極大限制了TiO₂在太陽能分解水方面的應(yīng)用。

金屬有機框架(MOFs)在PEC分解水制氫領(lǐng)域已被廣泛研究，有機配體和金屬離子通過配位鍵可以形成不同的框架結(jié)構(gòu)，由于具有較大的表面積和獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不同的化學(xué)性能，MOFs在現(xiàn)代催化方面呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展前景，并且在 PEC領(lǐng)域被認(rèn)為是提高催化活性最具潛力的材料之一。

MIL-100(Fe)作為一種典型的MOFs材料，由于較大的表面積和獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，MIL-100(Fe)較大的表面積能夠使其表面暴露出更多的活性位點，從而提高催化性能；而豐富的孔隙能夠為電荷的傳輸提高一個高效的快速通道，從而能夠促進電子和空穴的有效分離；而超薄的結(jié)構(gòu)能夠有利于電荷的傳輸。此外，F(xiàn)e離子和有機配體通過配位鍵所形成的獨特結(jié)構(gòu)具有一個良好的穩(wěn)定性，可以解決PEC分解水制氫的過程中，MIL-100(Fe)材料因受到光腐蝕而影響催化活性的問題，因此能夠保持穩(wěn)定和可持續(xù)的產(chǎn)氫效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種簡單的MIL-100(Fe)/TiO₂復(fù)合材料的合成方法。

本發(fā)明首先采用水熱合成方法在FTO基片上制備出垂直生長的TiO₂納米棒陣列，然后利用恒電壓電化學(xué)沉積法在其表面上電沉積一層FeOOH，最后經(jīng)水熱合成法通過有機配體將TiO₂表面的FeOOH轉(zhuǎn)化成一層超薄的MIL-100(Fe)，最終制得MIL-100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極。

一種MIL-100(Fe)/TiO₂復(fù)合光電極的制備方法，包括如下步驟:

A.將濃鹽酸和去離子水混合，在攪拌過程中逐滴加入鈦源攪拌至澄清，其中，所述濃鹽酸、去離子水與鈦源的體積比為15：15：0.1～1，優(yōu)選體積比15：15：0.7；