CN105601124A - 一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法 - Google Patents

一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105601124A
CN105601124A CN201610009196.XA CN201610009196A CN105601124A CN 105601124 A CN105601124 A CN 105601124A CN 201610009196 A CN201610009196 A CN 201610009196A CN 105601124 A CN105601124 A CN 105601124A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous
light anode
fto
fluoride
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610009196.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105601124B (zh
Inventor
侯乙东
郑冲
丁正新
戴文新
王心晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201610009196.XA priority Critical patent/CN105601124B/zh
Publication of CN105601124A publication Critical patent/CN105601124A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105601124B publication Critical patent/CN105601124B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3417—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2218/00—Methods for coating glass
    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
    • C03C2218/111—Deposition methods from solutions or suspensions by dipping, immersion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明公开了一种制备多孔<i>α</i>-Fe2O3光阳极的方法，属于光电分解水技术领域，其以氟掺杂SnO2导电玻璃（FTO）为基底，通过水热反应在FTO表面上均匀生长FeOOH薄膜，然后经微波辅助加热制得表面具有多孔<i>α</i>-Fe2O3薄膜的光阳极材料。本发明方法操作简单，反应条件温和，反应周期短，可重复性高，原料低廉易得，不需要复杂昂贵的设备，制备成本较低，且所得材料应用于光电分解水中表现出优异的产氧性能，在模拟太阳光辐照下，相对于可逆氢电极1.23V时，光电流密度可达到2.4mA/cm2，在开发可持续清洁能源方面具有广阔的应用前景。

Description

一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法
技术领域
本发明属于光电分解水技术领域，具体涉及一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法。
背景技术
氢是一种清洁、可循环利用的物质，被认为是一种理想的能源载体，可以高效地转变为可利用的有效能而不带来环境问题。光电分解水制氢是最有前景、最洁净的制氢方法之一，但由于在光电解分水的过程中，产氧过程是一个相对较难发生的反应，所以开发具有高活性的光阳极材料来提高产氢效率这一课题已经被广泛研究。在众多光阳极材料中，α-Fe2O3因其具有合适的能带结构，太阳光吸收好，廉价无毒以及化学稳定性好等优点而备受关注。目前，制备α-Fe2O3光阳极的主要方法有常压化学气相沉积法、喷雾热分解法、溶胶喷涂法等，但这些方法制备的α-Fe2O3光阳极还存在一些问题：如光电极的性能还不高；制备过程比较复杂且昂贵。
本发明采用水热法在FTO上生长FeOOH，并通过微波辅助加热制备出具有多孔性结构的α-Fe2O3薄膜，其制备过程安全、无毒且原材料价格低廉，所得材料光电产氧性能好，是一种较好的光阳极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法，该方法简单易行，制备过程中不需要复杂的仪器、操作简单，成本低，有利于大规模的生产，且所制备的具有多孔α-Fe2O3薄膜的光阳极材料具有优异的光电催化产氧性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法包括以下步骤：
1）将FTO（氟掺杂SnO2导电玻璃）片分别用丙酮和无水乙醇超声清洗20min去除化学油污，然后用去离子水冲洗干净，自然风干待用；
2）将三价铁盐作为铁源，氟化物作为氟源，配制成含有0~0.5mol/LF-和0.1~1.0mol/LFe3+的溶液，再往其中加入钛源，使Ti4+/Fe3+的原子比为0~0.1，搅拌均匀得到溶液A；
3）将洗净的FTO片放置在水热反应釜中，并往釜内倒入溶液A，填充度控制在50~80%，然后密封水热反应釜，将其放入电热恒温鼓风干燥箱中，80~120℃下反应4~24h，反应结束后自然冷却；
4）打开水热反应釜，将FTO片取出，用大量去离子水反复冲洗，于电热恒温鼓风干燥箱中60~100℃下干燥1~3h，即得覆盖有FeOOH薄膜的FTO片；
5）将覆盖有FeOOH薄膜的FTO片平放在预先装有强微波吸收介质的瓷舟内，微波辅助加热3~20min后取出，制得表面具有多孔α-Fe2O3薄膜的光阳极材料。
步骤2）所述三价铁盐包括三氯化铁、硝酸铁和硫酸铁；所述氟化物包括氟化钠、氟化铵和氟化钾；所述钛源包括二氯氧钛和钛酸异丙酯。
步骤5）所述强微波吸收介质为石墨或碳化硅粉末。
所述方法制得的多孔α-Fe2O3光阳极可用于光电分解水制氢。
本发明制备的材料是多孔α-Fe2O3薄膜，其主要应用于光电分解水制氢。
本发明的效果和优越性在于：
（1）本发明采用简单水热和微波辅助加热相结合的方法制备多孔α-Fe2O3薄膜，其制备方法简单，操作简便，条件温和。
（2）在模拟太阳光辐照下，相对于可逆氢电极1.23V时，光电流密度可达到2.4mA/cm2。
（3）本发明制备方法简单，得到的材料易于应用，有利于在工业化生产中推广应用。
附图说明
图1为实施例1制备的光阳极材料的XRD图。
图2为实施例1制备的多孔α-Fe2O3薄膜的扫描电镜图。
图3为实施例1制得光阳极在1.0mol/LNaOH电解质溶液中，光照下和暗态的线性伏安扫描光电化学响应曲线。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
多孔α-Fe2O3光阳极的制备步骤包括：将FTO片分别用丙酮和无水乙醇超声清洗20min去除化学油污，然后用去离子水冲洗干净，自然风干待用；将3.0mmol三氯化铁、4.0mmol氟化钾和6.0μmol的钛酸异丙酯溶解在20mL去离子水中；将溶液转移至体积为30mL内衬为聚四氟材料的不锈钢反应釜中，将一片尺寸为2×4cm2的洁净FTO片放置在反应釜中，在100℃反应10h，反应结束后，让其自然冷却，产物经大量去离子水洗涤，于电热恒温鼓风干燥箱中80℃下干燥2h后得到FeOOH薄膜，再将其平放在预先装有石墨的瓷舟内，微波炉中辅助加热12min，得到所述多孔α-Fe2O3薄膜。
实施例2
多孔α-Fe2O3光阳极的制备步骤包括：将FTO片分别用丙酮和无水乙醇超声清洗20min去除化学油污，然后用去离子水冲洗干净，自然风干待用；将15mmol硝酸铁，7.5mmol氟化铵和1.5mmol钛酸异丙酯溶解在15mL去离子水中，将溶液转移至体积为30mL内衬为聚四氟材料的不锈钢反应釜中，将一片尺寸为2×4cm2的洁净的FTO放置在反应釜中，在80℃反应24h，反应结束后，让其自然冷却，产物经大量去离子水洗涤，于电热恒温鼓风干燥箱中100℃下干燥1h后得到FeOOH薄膜，再将其平放在预先装有碳化硅粉末的瓷舟内，微波炉中辅助加热3min，得到所述多孔α-Fe2O3薄膜。
实施例3
多孔α-Fe2O3光阳极的制备步骤包括：：将FTO片分别用丙酮和无水乙醇超声清洗20min去除化学油污，然后用去离子水冲洗干净，自然风干待用；将12mmol三氯化铁，2.4mmol氟化钠和0.3mmol的二氯氧钛溶解在24mL去离子水中，将溶液转移至体积为30mL内衬为聚四氟材料的不锈钢反应釜中，取一片尺寸为2×4cm2的洁净的FTO放置在反应釜中，在120℃反应4h，反应结束后，让其自然冷却，产物经大量去离子水洗涤，于电热恒温鼓风干燥箱中60℃下干燥3h后得到FeOOH薄膜，将将其平放在预先装有碳化硅粉末的瓷舟内，微波炉中辅助加热20min，得到所述多孔α-Fe2O3薄膜。
所制备的多孔α-Fe2O3光阳极应用于光电分解水，其性能的测试条件：在三电极体系中，1.0mol/LNaOH水溶液为电解液溶液，α-Fe2O3薄膜电极为工作电极，银-氯化银电极为参比电极，铂电极为对电极，电流-电压曲线的扫描速率是20mV/s；光源为太阳能模拟器，能量密度100mW/cm2。样品测试结果如图3所示。由图3可知，本发明多孔α-Fe2O3光阳极在模拟太阳光辐照下，相对于可逆氢电极1.23V时，光电流密度可达到2.4mA/cm2，说明其光电产氧性能良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将FTO片分别用丙酮和无水乙醇超声清洗20min去除化学油污，然后用去离子水冲洗干净，自然风干待用；
2）将三价铁盐作为铁源，氟化物作为氟源，配制成含有0~0.5mol/LF-和0.1~1.0mol/LFe3+的溶液，再往其中加入钛源，使Ti4+/Fe3+的原子比为0~0.1，搅拌均匀得到溶液A；
3）将洗净的FTO片放置在水热反应釜中，并往釜内倒入溶液A，填充度控制在50~80%，然后密封水热反应釜，将其放入电热恒温鼓风干燥箱中，80~120℃下反应4~24h，反应结束后自然冷却；
4）打开水热反应釜，将FTO片取出，用大量去离子水反复冲洗，于电热恒温鼓风干燥箱中60~100℃下干燥1~3h，即得覆盖有FeOOH薄膜的FTO片；
5）将覆盖有FeOOH薄膜的FTO片平放在预先装有强微波吸收介质的瓷舟内，微波辅助加热3~20min后取出，制得表面具有多孔α-Fe2O3薄膜的光阳极材料。
2.根据权利要求1所述制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法，其特征在于：步骤2）所述三价铁盐包括三氯化铁、硝酸铁和硫酸铁；
所述氟化物包括氟化钠、氟化铵和氟化钾；
所述钛源包括二氯氧钛和钛酸异丙酯。
3.根据权利要求1所述制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法，其特征在于：步骤5）所述强微波吸收介质为石墨或碳化硅粉末。
4.一种如权利要求1所述方法制得的多孔α-Fe2O3光阳极，其特征在于：用于光电分解水制氢。
CN201610009196.XA 2016-01-08 2016-01-08 一种制备多孔α‑Fe2O3光阳极的方法 Active CN105601124B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610009196.XA CN105601124B (zh) 2016-01-08 2016-01-08 一种制备多孔α‑Fe2O3光阳极的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610009196.XA CN105601124B (zh) 2016-01-08 2016-01-08 一种制备多孔α‑Fe2O3光阳极的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105601124A true CN105601124A (zh) 2016-05-25
CN105601124B CN105601124B (zh) 2018-04-13

Family

ID=55981555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610009196.XA Active CN105601124B (zh) 2016-01-08 2016-01-08 一种制备多孔α‑Fe2O3光阳极的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105601124B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106676565A (zh) * 2016-12-09 2017-05-17 吉林大学 一种Fe2‑xTixO3/FTO光阳极制备技术及提高其光电流密度的处理方法
CN106783196A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 中山大学 一种多面体三氧化二铁纳米材料的制备方法
CN107268022A (zh) * 2017-06-12 2017-10-20 太原理工大学 α‑Fe2O3多孔纳米棒阵列光阳极材料的制备方法及应用
CN107313065A (zh) * 2017-07-14 2017-11-03 西南大学 磷化铁修饰α型氧化铁蠕虫状纳米结构阵列光阳极及其制备方法和应用
CN107313064A (zh) * 2017-06-12 2017-11-03 太原理工大学 金属硼或磷化物修饰的α‑Fe2O3光阳极材料的制备方法及应用
CN109453777A (zh) * 2018-11-26 2019-03-12 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于三元层状双金属氢氧化物提高α-Fe2O3光电催化分解水制氢性能的方法
CN111364050A (zh) * 2020-03-11 2020-07-03 华侨大学 一种高光电水分解性能的钛掺杂氧化铁光阳极的制备方法
CN113201766A (zh) * 2021-05-06 2021-08-03 云南大学 一种赤铁矿光阳极的制备方法
CN114255999A (zh) * 2021-03-08 2022-03-29 台州学院 一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2647430A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-09 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for preparing a catalyst mediating H2 evolution, said catalyst and uses thereof
CN105140597A (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 苏州大学 通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2647430A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-09 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for preparing a catalyst mediating H2 evolution, said catalyst and uses thereof
CN105140597A (zh) * 2015-07-30 2015-12-09 苏州大学 通过半导体纳米材料复合制备光电化学电池异质结光电极的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周文理等: "太阳能光解水的光阳极材料", 《化学进展》 *
王敬平等: "两步法合成一维多孔α-Fe2O3纳米粒子", 《材料导报》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106783196A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 中山大学 一种多面体三氧化二铁纳米材料的制备方法
CN106676565A (zh) * 2016-12-09 2017-05-17 吉林大学 一种Fe2‑xTixO3/FTO光阳极制备技术及提高其光电流密度的处理方法
CN107268022A (zh) * 2017-06-12 2017-10-20 太原理工大学 α‑Fe2O3多孔纳米棒阵列光阳极材料的制备方法及应用
CN107313064A (zh) * 2017-06-12 2017-11-03 太原理工大学 金属硼或磷化物修饰的α‑Fe2O3光阳极材料的制备方法及应用
CN107313065A (zh) * 2017-07-14 2017-11-03 西南大学 磷化铁修饰α型氧化铁蠕虫状纳米结构阵列光阳极及其制备方法和应用
CN107313065B (zh) * 2017-07-14 2019-01-04 西南大学 磷化铁修饰α型氧化铁蠕虫状纳米结构阵列光阳极及其制备方法和应用
CN109453777A (zh) * 2018-11-26 2019-03-12 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于三元层状双金属氢氧化物提高α-Fe2O3光电催化分解水制氢性能的方法
CN111364050A (zh) * 2020-03-11 2020-07-03 华侨大学 一种高光电水分解性能的钛掺杂氧化铁光阳极的制备方法
CN114255999A (zh) * 2021-03-08 2022-03-29 台州学院 一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用
WO2022188503A1 (zh) * 2021-03-08 2022-09-15 台州学院 一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用
CN113201766A (zh) * 2021-05-06 2021-08-03 云南大学 一种赤铁矿光阳极的制备方法
CN113201766B (zh) * 2021-05-06 2022-03-29 云南大学 一种赤铁矿光阳极的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105601124B (zh) 2018-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105601124A (zh) 一种制备多孔α-Fe2O3光阳极的方法
CN107308959B (zh) Cu2-xSe纳米片列阵@泡沫铜复合材料、制备方法及应用
CN108103525B (zh) 氮掺杂碳点修饰三氧化钨复合光电极及其制备方法、和在光电催化分解水中的应用
CN108823573B (zh) 一种水热法制备Ni3S2/TiO2纳米管复合膜光阳极的方法
CN106222685B (zh) 一种光电催化水分解用的wo3-ldh复合薄膜的制备方法
CN104393103B (zh) 一种Cu2ZnSnS4半导体薄膜的制备方法及其应用
CN103715436A (zh) 一种二氧化碳电化学还原催化剂及其制备和应用
CN101654810B (zh) 在硅片上制备抗反射层的方法
CN107130256B (zh) 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用
CN103818963B (zh) 一步水热法合成纳米片状硫化钨
CN105347694A (zh) 一种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极及制备方法
CN111569896A (zh) BiVO4-Ni/Co3O4异质结的合成方法及其应用于光电解水
CN109706477B (zh) 一种以溶剂热法生成中间体制备BiVO4薄膜的方法及其应用
CN109647464A (zh) 一种将氮气转化为氨气的电催化材料
CN102509625A (zh) 一种原位制备硅钨共掺杂TiO2纳米管薄膜光阳极的方法
CN106732669A (zh) 一种用作光电催化析氢材料的MoS2/In2S3复合催化剂及其制备方法
CN109706478A (zh) 氢气还原的薄层碳化钛负载光电解水用氧化亚铜光阴极材料及其制备方法
CN108842168B (zh) 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极
CN109179351A (zh) 多孔三维磷烯及其制备方法和应用
CN106929830B (zh) 一种高温下纳米结构可控的金属氧化物半导体薄膜电极材料的制备方法
Luo et al. 3D hierarchically branched Cu2S/ZnO heterojunction nanowire arrays for enhanced solar water splitting
CN105761940A (zh) 铁酸镧薄膜光电极及其制备方法
CN107268020B (zh) 一种Ta3N5薄膜的制备方法及Ta3N5薄膜的应用
CN105568309A (zh) 一种光电化学电池的光电极的制备方法
CN113502513A (zh) 一种利用太阳能直接沉积铜金属的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant