[發明專利]一種高性能P:Fe2

有效

• 申請號: 202010691143.7
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111778518B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 范曉星;宗肖航;劉世興;劉暢
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/052;B01J27/185;C25B1/04;C25B1/55
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明公開一種具有較高光電化學性能的P:Fe₂O₃/FeOOH新型復合材料制備及其制備方法。將一定摩爾的FeCl₃·6H₂O和NaNO₃溶于去離子水中，通過水熱法將前驅FeOOH生在FTO上。將其浸漬在含有K₂HPO₄的溶液中進而磷元素摻雜入前驅體內。經過退火轉變為磷摻雜的三氧化二鐵。再將其浸入加熱的FeOOH的溶液內。取出烘干。得到磷摻雜三氧化二鐵復合羥基氧化鐵的新型復合材料。用本方法制備的復合材料，其磷元素能提供更多載流電子，復合的催化劑也能加快促進水氧化。因此能非常有效的提升其光電化學性能。

技術領域

本發明屬于光電化學技術領域，具體涉及一種P:Fe₂O₃/FeOOH光陽極納米復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

目前，世界能源需求的絕大部分來自化石燃料，最終導致化石能源缺乏。最近，太陽能獲得了很多關注，因為它是地球上最大的可持續能源。太陽能驅動的水分解與光電化學(PEC) 反應是清潔燃料氫生產的有效方法。半導體光電極是PEC的主要成分之一。赤鐵礦(Fe₂O₃) 是廣泛使用的光陽極材料之一，因為其具有良好的光學帶隙，足夠的正價位用于水氧化，在堿性電解液中具有突出的化學穩定性。但Fe₂O₃的導電性差，載流子濃度低，光生載流子的壽命短(＜12s)，光生空穴擴散距離短(＜4nm)，導致其光生載流子的復合速率較高，使得 Fe₂O₃的實際光電性能遠低于理論值。因此如何提高Fe₂O₃的光電性能顯得尤為必要。

目前提升Fe₂O₃光電性能的方法主要有：(1)元素摻雜：通過參雜Pt，P，Ti等元素，改善其導電性能，促進光生載流子的利用，從而提升材料的光電制氫效率。(2)表面處理：通過在Fe₂O₃表面負載析氧助催化劑如(FeOOH，MnO₂)可以加速材料表面的析氧反應，進而促進光生載流子的利用率，提其光電流。而Fe₂O₃在P摻雜與FeOOH為氧助催化劑共同作用下的是否能夠發揮協同效應提升其性能的發明方法還未報道。

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，本發明目的是提供一種高性能光電材料P:Fe₂O₃/FeOOH復合材料制備方法，通過P摻雜提升電子濃度，通過沉積FeOOH對磷摻雜的Fe₂O₃進行表面修飾，促進光生空穴從電極到電解液的轉移，降低表面的電荷復合，從而提高其光電性能。

本發明制備方法簡單、操作方便、條件溫和、有利于大規模制備。

本發明采用的技術方案是：一種高性能P:Fe2O3/FeOOH復合光電極，制備方法包括如下步驟：

1)用水熱法將Fe₂O₃的前驅體生長在FTO上；

2)將步驟1)的到的前驅體樣品浸漬在K₂HPO₄溶液中，制備出P:FeOOH；

3)將步驟2)得到的P:FeOOH進行退火，得到P:Fe₂O₃；

4)將步驟3)的到P:Fe₂O₃浸泡FeOOH溶液中，得到新型P:Fe₂O₃/FeOOH復合型薄膜。