一種磷酸氫根離子修飾的ɑ相三氧化二鐵薄膜的製備方法
2023-10-06 06:13:19 1
一種磷酸氫根離子修飾的ɑ相三氧化二鐵薄膜的製備方法
【專利摘要】一種磷酸氫根離子修飾的ɑ相三氧化二鐵薄膜的製備方法，步驟如下：1）將基體FTO導電玻璃清洗、乾燥後備用；2）將FTO導電玻璃浸沒於磷酸鹽與鐵鹽的混合水溶液後置於密封的反應釜中，在80-150℃的烘箱中反應5－10小時，冷卻至室溫後打開反應釜，取出FTO導電玻璃；3）在馬弗爐中於400-800℃焙燒10－60分鐘，得到磷酸根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜。本發明的優點是：製備工藝簡單、原料低廉、操作容易、製備成本低且清潔無汙染；製得的a相三氧化二鐵薄膜較薄，具有良好的電荷分離能力和催化放氧活性，降低了電子與空穴對複合的機率，提高了納米三氧化二鐵的光電催化分解水性能，有望在工業生產領域得到應用。
【專利說明】_種鱗酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及三氧化二鐵薄膜的製備方法，尤其是涉及一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的製備方法。
【背景技術】
[0002]氫能是一種應用潛力很大的清潔能源。1972年，日本Fujishima教授首次提出納米二氧化鈦(T12)在紫外燈照射下具有催化分解水制氫的能力，這引起了科學界對光催化分解水制氫的極大興趣。目前，利用太陽能，以半導體納米材料作為光催化劑的光催化分解水技術成為了最具吸引力的制氫方法之一。
[0003]以二氧化鈦為代表的傳統納米光催化材料，由於其帶隙寬，對太陽能利用率低，嚴重阻礙了光催化材料的實際應用。為此，人們不斷探索開發具有可見光響應的新型光催化材料。α相Fe2O3半導體材料的帶隙寬度窄，具有很強的可見光吸收效率，可見光範圍可以達到590nm，同時，其化學性質穩定、含量豐富。因此，α相三氧化二鐵半導體材料被認為是一種理想的光催化材料，對其光催化性能的研宄已經成為一個熱點。但是，納米0相三氧化二鐵存在空穴傳輸距離短、電子-空穴複合機率高等缺點，限制了其光解水的效率。通過摻雜鈦、錫、矽等元素提高納米α相三氧化二鐵薄膜的導電性，便於空穴傳輸，提高光電流。另一種改進方法是通過Al2O3, Ga2O3, In2O3, Co-Pi等金屬氧化物或磷酸鹽對三氧化二鐵表面進行修飾，以改變表面態或提高催化放氧活性。採用價廉的磷酸根離子修飾三氧化二鐵薄膜表面，也能顯著提高光電流，增加光轉化效率。因此，用價廉的原料製備高催化活性的磷酸鹽修飾的α相三氧化二鐵薄膜，促進電荷分離，提高放氧催化能力，從而使其具有更良好的光解水性能，在清潔能源領域具有十分重要的研宄意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對三氧化二鐵薄膜催化放氧活性低的問題，提出一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的製備方法，該製備方法採用水熱法合成，將磷酸氫二鈉加入到氯化鐵溶液中，當氯化鐵水熱反應生成中間體FeOOH，其表面含有大量的羥基一 0Η，易於與磷酸氫根離子反應，再經焙燒製得的三氧化二鐵薄膜表面具有豐富的磷酸根離子，促進三氧化二鐵薄膜表面的電荷分離，以提高光電流和光解水放氧能力。
[0005]本發明的技術方案:
一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的的製備方法，步驟如下:
1)將基體FTO導電玻璃依次用洗潔精、去離子水、乙醇、氯仿超聲清洗，氮氣乾燥後備用；
2)將磷酸鹽與鐵鹽溶於水中，得到混合液，將FTO導電玻璃浸沒於該混合液中，放置於密封的反應釜中，在80-150°C的烘箱中反應5 — 10小時，冷卻至室溫後打開反應釜，取出FTO導電玻璃；
3)將上述FTO導電玻璃在馬弗爐中於400-800°C焙燒10— 60分鐘，得到磷酸根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜。
[0006]所述磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸氫鉀或磷酸二氫鉀；鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵；混合液中磷酸鹽的濃度為0.0015摩爾/升，鐵鹽的濃度為0.15摩爾/升。
[0007]本發明的優點是:1)製備工藝簡單、原料低廉、操作容易、製備成本低且清潔無汙染；2)將磷酸氫二鈉與氯化鐵一同加入混合液中，在三氧化二鐵薄膜表面更容易形成一層帶負電的磷酸氫根離子，具有良好的電荷分離能力和催化放氧活性；3)得到的a相三氧化二鐵薄膜較薄，厚度為30 - 80nm，降低了電子與空穴對複合的機率，提高了納米三氧化二鐵的光電催化分解水性能，有望在工業生產領域得到應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是製得的a相三氧化二鐵薄膜的光電流圖。
[0009]圖中:曲線(I)是實施例1製備的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(4)是實施例I製備的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流；曲線(2)是對比實施例2製備的磷酸氫根離子修飾的薄膜的光電流，曲線(5)是對比實施例2製備的磷酸氫根離子修飾的薄膜的暗電流；曲線(3)是對比實施例3製備的磷酸氫根離子浸泡的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線
(6)是對比實施例3製備的磷酸氫根離子浸泡的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流。
【具體實施方式】
[0010]實施例一:
一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的的製備方法，步驟如下:
1)將FTO導電玻璃裁成10X30mm的方塊，依次用洗潔精、去離子水、乙醇、氯仿超聲清洗基體FTO導電玻璃，氮氣乾燥後備用；；
2)將0.0537g Na2HPO4.12H20和2.433g無水三氯化鐵溶於10mL水中，得到混合液，即混合液中三氯化鐵和Na2HPO4的濃度分別為0.15摩爾/升和0.0015摩爾/升，將FTO導電玻璃浸沒於該混合液中，放置於密封的反應釜中，在100°C的烘箱中反應6小時，冷卻至室溫後打開反應釜，取出FTO導電玻璃；
3)浸沒FTO導電玻璃的小燒杯整個放於反應釜內膽中，將反應釜密封好，在馬弗爐中於70(TC焙燒20分鐘，得到磷酸根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜。
[0011]對比實施例2:
該對比實施例的製備步驟與實施例1基本相同，不同之處在於:不加入Na2HPO4而製得的薄膜。
[0012]對比實施例3:
該對比實施例的製備步驟與實施例1基本相同，不同之處在於:不加入Na2HPO4而製得的a相三氧化二鐵薄膜，再將該薄膜浸泡在0.5M的Na2HPO4溶液I小時，取出後用去離子水衝洗，放在馬弗爐中於700°C燒結20分鐘，製得磷酸氫根離子浸泡的納米a相三氧化二鐵薄膜。
[0013]$lj得的a相三氧化二鐵薄膜的光電流圖的分析:
以製備的納米α相三氧化二鐵薄膜為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，用電化學工作站線性掃描伏安法測試我們製備薄膜的光電催化分解水性能，掃描電壓範圍為-0.3?1.0V vs Ag/AgClo電解質為0.1M的磷酸鉀溶液(PH=7)，光源為模擬太陽光(光強為100 mff cm_2)。該納米a相三氧化二鐵薄膜在光電作用下有較大光電流出現。
[0014]圖1是製得的a相三氧化二鐵薄膜的光電流圖。圖中:曲線(I)是實施例1製備的磷酸氫根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(4)是實施例1製備的磷酸氫根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流；曲線(2)是對比實施例2製備的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(5)是對比實施例2製備的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流；曲線(3)是對比實施例3製備的磷酸氫根離子浸泡的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(6)是對比實施例3製備的磷酸氫根離子浸泡的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流。
[0015]圖中表明:通過修飾或浸泡方法，製備的含有磷酸根離子的a相三氧化二鐵薄膜的光電流均比曲線(2)中的光電流強，說明磷酸根離子在a相三氧化二鐵薄膜表面具有明顯促進光電流的作用；曲線(I)和曲線(3)相比較，表明磷酸根離子修飾的薄膜光電流比浸泡的薄膜強，說明磷酸鹽與氯化鐵一同加入反應，製備的磷酸氫根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜的光電流最佳。光電流的增強，顯示三氧化二鐵薄膜的光電催化分解水性能的提尚O
【權利要求】
1.一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的的製備方法，其特徵在於步驟如下: .1)將基體FTO導電玻璃依次用洗潔精、去離子水、乙醇、氯仿超聲清洗，氮氣乾燥後備用； .2)將磷酸鹽與鐵鹽溶於水中，得到混合液，將FTO導電玻璃浸沒於該混合液中，放置於密封的反應釜中，在80-150°C的烘箱中反應5 — 10小時，冷卻至室溫後打開反應釜，取出FTO導電玻璃； . 3)將上述FTO導電玻璃在馬弗爐中於400-800°C焙燒10— 60分鐘，得到磷酸根離子修飾的a相三氧化二鐵薄膜。
2.根據權利要求1所述磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的的製備方法，其特徵在於:所述磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸氫鉀或磷酸二氫鉀；鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵；混合液中磷酸鹽的濃度為0.0015摩爾/升，鐵鹽的濃度為0.15摩爾/升。
【文檔編號】C03C17/22GK104478227SQ201410730497
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】薛松, 劉侃, 武全萍, 王紅豔, 孫喆 申請人:天津理工大學