[發明專利]一種新型的鈷鎳摻雜三氧化鎢與鐵酸鋅異質結的光電催化陽極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210927207.8
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115301249A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 任俊偉;曹立新;劉泉理;黃俊霖;華玉婷;薛邴森;劉亞辰;朱富余;曹亞楠;阮傳亮;董思涵;牛雨晴;臧傳福;臧芳菲;任思穎;董博華;郭金明;劉杰;師振華;蒲帥
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: B01J23/888
• 分類號: B01J23/888;B01J23/80;B01J37/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種新型鈷鎳摻雜三氧化鎢與鐵酸鋅形成異質結的光電催化材料及制備方法。實驗通過精準的三次水熱和鈍化處理，制備得到鈷鎳摻雜三氧化鎢與鐵酸鋅形成異質結的光電催化劑。該異質結制備方法為：首先采用去離子水、二水合鎢酸鈉、草酸鉀、六水合硝酸鈷、六水合氯化鎳混合攪拌，通過水熱法制備得到前驅體；然后將前驅體進行干燥和燒結得到鈷鎳摻雜三氧化鎢；然后采用六水合氯化鐵、硝酸鈉、六水合硝酸鋅混合進行二次水熱法、燒結和氫氧化鈉浸泡制備鐵酸鋅薄膜；最后通過水熱法負載一層鎳鐵氧鈍化層。鈷鎳摻雜三氧化鎢負載鐵酸鋅薄膜后形成的異質結，與普通的鐵酸鋅相比，具有性能優良，抗光腐蝕性能優異以及性能穩定等顯著優點。

技術領域

本發明屬于光電催化材料化學領域，具體涉及一種新型的鈷鎳摻雜三氧化鎢與鐵酸鋅異質結的新型光電催化劑材料以及制備方法。

背景技術

傳統的化石能源由于大量無節制的開采而導致資源短缺，同時其具有不可再生的特點，并且容易造成相應的環境污染。氫能是一種清潔無污染、資源儲量豐富、能量密度高的優質新型能源。關于氫能的研究分為析氫反應和析氧反應，其中析氧反應廣泛應用于純凈氧氣、氫能中間體、殺菌消毒設備光電材料以及污染物降解材料的制備與研究過程中。光催化析氧反應發生于材料的表面，往往催化效率不高，需要克服溶液以及外電路電阻等阻力，需要較大的過電勢。光電催化通過施加偏壓，可有效實現電子和空穴的分離，提高光電轉化效率。因此，開發具有可見光活性的新型的光電催化光陽極材料已經成為一項重要的研究課題。

公布號為CN114602486A的發明專利公布了一種鎳離子摻雜三氧化鎢光催化劑的方法及其產品與應用，實驗首先通過鎢酸鹽與強酸溶液攪拌混合反應以及離心洗滌后得到三氧化鎢，然后通過與弱堿溶液混合并加入鎳鹽攪拌反應和離心洗滌后得到鎳離子摻雜三氧化鎢。本發明專利與公布號CN114602486A的專利不同之處在于，實驗首先采用二水合鎢酸鹽、六水合氯化鎳、六水合硝酸鈷、草酸鉀混合攪拌，并通過調節溶液的pH值營造最佳性能的反應環境，屬于雙金屬摻雜；本發明專利的制備方法屬于水熱法，與公布號CN114602486A的專利所公布的攪拌反應法不同，而且摻雜離子的加入順序也不相同。

公布號為CN103007950A的發明專利公布了一種鎳離子摻雜三氧化鎢催化劑及其制備方法以及應用。實驗首先通過雙氧水和鎢粉加熱攪拌，摻雜鎳離子源為乙酸鎳，然后通過加熱攪拌和陳化，最后加熱和煅燒得到鎳離子摻雜三氧化鎢催化劑。本發明專利與公布號CN103007950A的專利不同之處在于，實驗首先采用二水合鎢酸鹽、六水合氯化鎳、六水合硝酸鈷、草酸鉀混合攪拌，并通過調節溶液的pH值營造最佳性能的反應環境，屬于雙金屬摻雜，同時本發明專利的制備方法屬于水熱法，與公布號CN103007950A的專利所述的加熱攪拌反應法有所不同。

公布號為CN110970607A的發明專利公布了一種鈷摻雜三氧化鎢/CNTs納離子電池負極材料的制備方法。實驗中通過水熱法制備得到鈷摻雜三氧化鎢，然后在表面生長碳納米管用作鈉離子電池負極材料。本發明專利與公布號CN110970607A的專利不同之處在于，實驗首先采用二水合鎢酸鹽、六水合氯化鎳、六水合硝酸鈷、草酸鉀混合攪拌，并通過調節溶液的pH值營造最佳性能的反應環境，屬于雙金屬摻雜；同時本發明專利的用途主要是光電催化析氧反應的行業，與公布號CN110970607A的專利所述的鋰離子電池負極材料行業不同。

文獻“王穎捷，沈昱，劉淑紅，石津如，等. WO₃/ZnFe₂O₄納米材料的構建及降解抗生素性能. 大連交通大學學報，2019年10月，第40卷，第5期”公布了一種固相研磨法制備三氧化鎢和鐵酸鋅復合材料的過程方法，本發明專利對基底三氧化鎢進行了鈷鎳摻雜處理，在此基礎上通過水熱法制備了鐵酸鋅異質結，最后加以鈍化層處理，制備得到了高性能的鈷鎳摻雜三氧化鎢和鐵酸鋅異質結光電催化光陽極材料。

本發明通過精準有序的三次水熱法制備了鈷鎳摻雜三氧化鎢與鐵酸鋅異質結光電催化光陽極材料，該光陽極催化材料具有性能優異，抗光腐蝕性能優異以及性能穩定性優異等顯著優點。

發明內容