[發明專利]石墨烯改性CoOOH/Fe2

有效

• 申請號: 202011309031.7
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112481652B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 種瑞峰;常志顯;王珍珍;王子華;榮佳悅;呂嘉琪;范明;張凌
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C25B11/054
• 分類號: C25B11/054;C25B11/087;C25B1/04;C25B1/55;C25B11/069;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃復合電極材料及制備方法，包括以下步驟：（1）將制備好的Fe₂O₃納米棒陣列置于GO分散液中，利用水熱?還原法在Fe₂O₃表面生長還原rGO，得到rGO納米片修飾的Fe₂O₃光電極；（2）通過浸漬?水解法在所述rGO/Fe₂O₃表面原位生長CoOOH納米片，得到CoOOH/rGO/Fe₂O₃復合光電極。本發明中不僅能夠在CoOOH/Fe₂O₃電極中形成rGO納米導電網絡促進電子的傳輸，同時rGO限域作用減小了CoOOH納米尺寸，從而使水氧化活性位點充分暴露，將其用作光電分解水陽極具有光電轉化效率高、穩定性好等優點。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體涉及一種石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃復合電極材料及制備方法。

背景技術

氫能因其具有高能量值，綠色環保和燃燒無二次污染等優點，是替代煤炭、石油和天然氣等不可再生的化石能源的理想綠色能源之一。光電化學分解水技術利用太陽能作為驅動力，在電極表面還原水釋放氫氣，是獲得氫能的最理想方法。但目前光電極的光電轉化效率距離理論效率還有很大差距，還不能滿足應用要求。因此，進一步改善光電催化性能以提升太陽能轉化氫能效率，是推動光電化學分解水技術規模化應用的關鍵。

Fe₂O₃具有合適的帶隙、優異的化學穩定性、無毒無污染和低成本等優點，是一種被廣泛研究的光電極材料。但是導電性差和光生電荷載流子壽命短，水氧化反應的過電勢較高等缺點導致Fe₂O₃具有較低的光生電荷分離效率，從而限制其在光電化學分解水中的應用。在Fe₂O₃界面修飾電催化層不僅能夠構建新的催化活性位點，緩解半導體表面水氧化反應動力學慢的問題，而且能有效促進電子-空穴的分離。羥基氫氧化鈷(CoOOH)具有獨特的層狀結構，在高效產氧助催化劑領域展現了廣闊的應用開發前景。其中，二維CoOOH納米片因其大的比表面積，具有豐富的催化活性位點；同時其超薄納米結構，有效縮短載流子傳輸距離，提高光生載流子分離效率。近期，CoOOH納米片作為電催化層與Fe₂O₃異質結，在光電分解水性能研究中顯著降低了水氧化過電位，降低了載流子復合幾率，從而提高了光電極的光電催化水氧化性能（J. Energy Chem.，2021，56，152-161.）。但單一的CoOOH電催化層修飾并不能解決所得復合光電極導電性差的問題，使其電子-空穴分離效率仍受到嚴重的限制。因此，如何改善CoOOH/Fe₂O₃電極界面對提升電極的光電轉化效率具有重要的意義。rGO是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面二維納米材料，具有良好的導電性能。因而，以石墨烯作為CoOOH/Fe₂O₃電子傳輸層有望提高其光生電荷分離效率、抑制Fe₂O₃光陽極載流子復合，為構筑高效的載流子傳輸提供了理論指導。

發明內容

本發明提出了一種石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃復合電極材料及制備方法，利用水熱-還原法在Fe₂O₃表面生長rGO納米導電網絡，進一步通過浸漬-水解法并利用rGO空間限制作用，在所述rGO/Fe₂O₃表面原位生長CoOOH納米片作為電催化層，制備了高性能CoOOH/rGO/Fe₂O₃復合光電極，解決了CoOOH/Fe₂O₃導電性能差和載流子復合嚴重的問題，有效提高光電分解水效率。

實現本發明的技術方案是：