一种亚铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法与流程

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种α-三氧化二铁薄膜的制备方法，尤其是涉及一种亚铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法。

背景技术：

太阳能取之不尽、用之不竭，如果把部分太阳能转化为人们可以利用的能源资源，就可以满足我们日常生活所有的能源需求。氢气因其来源广泛、燃烧产物无污染、能量密度高、通过氢燃料电池能转化成电能等特点，成为一种理想的储能载体。1972年，日本fujishima教授首次提出纳米二氧化钛(tio2)在紫外灯照射下具有催化分解水制氢的能力，这引起了科学界对光催化分解水制氢的极大兴趣。但作为二次能源，获得氢能必须以消耗其它能源为代价，所以制氢途径便成为氢能研究中的关键环节。以太阳光为能量，通过光化学手段分解水获取氢气，将太阳能转换成氢能，对实现能源的可持续发展具有重要的现实意义。

α-三氧化二铁半导体材料被认为是一种理想的光催化材料，对其光催化性能的研究已经成为一个热点。但是由于存在空穴传输距离短、电子-空穴复合几率高等缺点，限制了其光解水的效率。如何提高放氧催化能力具有十分重要的研究意义。

技术实现要素：

本发明的目的是解决三氧化二铁薄膜催化放氧活性低的问题，提出一种乳酸亚铁溶液修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法。该制备方法采用旋涂方法，将乳酸亚铁溶液旋涂到经烧结得到的三氧化二铁薄膜表面，促进三氧化二铁薄膜表面的电荷分离，提高空穴迁移率，进而提高光电流和光解水放氧能力。

本发明的技术方案：

一种亚铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，步骤如下：

1)将基体fto导电玻璃依次用洗洁精、去离子水、乙醇、氯仿超声清洗，氮气干燥后备用；

2)将铁盐溶于水，配制水热前驱液，将fto导电玻璃浸没于该前驱液中，放置于密封的反应釜中，在95℃的烘箱中反应4小时，冷却至室温后打开反应釜，取出fto导电玻璃；

3)将上述fto导电玻璃在马弗炉中于750℃焙烧10分钟，得到水热制备的α-三氧化二铁薄膜；

4)将乳酸亚铁溶于去离子水中，配制浓度为1毫克/毫升的乳酸亚铁溶液，将该乳酸亚铁溶液旋涂于步骤3)制备的α-三氧化二铁薄膜表面，常温氮气干燥后备用。

所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁；前驱液铁盐的浓度为0.15摩尔/升。

本发明的优点是：1)制备工艺简单、原料低廉、操作容易、制备成本低且清洁无污染；2)将乳酸亚铁溶液旋涂在α-三氧化二铁薄膜表面，使得α-三氧化二铁薄膜具有更高电荷分离能力和更好催化放氧活性，有望在工业生产领域得到应用。

附图说明

图1是本发明制得的α-三氧化二铁薄膜的光电流图。

图1中，1号曲线是未旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜的光催化测试曲线，2号曲线是旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜的光催化测试曲线。

具体实施方式

实施例1：

一种亚铁盐修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法，步骤如下：

1)将fto导电玻璃裁成10×30毫米的方块，依次用洗洁精、去离子水、乙醇、氯仿超声清洗基体ft0导电玻璃，氮气干燥后备用；

2)将4.9克无水三氯化铁和1.2克硝酸钠溶于100毫升水中，得到前驱液，即前驱液中三氯化铁和硝酸钠的浓度均为0.15摩尔/升，将fto导电玻璃浸没于该前驱液中，放置于密封的反应釜中，在100℃的烘箱中反应4小时，冷却至室温后打开反应釜，取出fto导电玻璃；

3)将得到的fto玻璃在马弗炉中于750℃焙烧10分钟，得到α-三氧化二铁薄膜；

4)称取10毫克乳酸亚铁溶于10毫升去离子水中，得到浓度为1毫克/毫升的乳酸亚铁溶液，将乳酸亚铁溶液旋涂于α-三氧化二铁薄膜表面，转速1000转/分钟。

对比实施例2：

该对比实施例的制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：α-三氧化二铁薄膜并未旋涂乳酸亚铁溶液。

制得的α-三氧化二铁薄膜的光电流图的分析：

以制备的纳米α-三氧化二铁薄膜为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl电极为参比电极，用电化学工作站线性扫描伏安法测试上述实施例制备的α-三氧化二铁薄膜的光电催化分解水性能，扫描电压范围为-0.3～1.0vvsag/agcl。电解质为0.1m的氢氧化钠溶液，光源为模拟太阳光(光强为100mwcm^-2)。其光电流图如图1所示，图中，1号曲线是未旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜的光催化测试曲线，2号曲线是旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜的光催化测试曲线。由曲线分析结果我们明显看到，旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜在光电作用下有较大光电流出现。在外电压为1.23vvs.rhe时光电流密度达到2.0ma/cm²，较未旋涂乳酸亚铁溶液的α-三氧化二铁薄膜有明显提高，而且薄膜催化稳定性较好。旋涂乳酸亚铁溶液，促进了三氧化二铁薄膜表面的电荷分离，提高空穴迁移率，进而提高光电流和光解水放氧能力。

技术特征：

技术总结
一种亚铁盐修饰的α‑三氧化二铁薄膜的制备方法。解决三氧化二铁薄膜催化放氧活性低的问题。该方法是将经表面清洁处理的FTO导电玻璃浸没于由铁盐配制的前驱液中，放置于密封的反应釜中，在烘箱中烘干处理；将得到的FTO导电玻璃在马弗炉中焙烧，得到α‑三氧化二铁薄膜；最后将乳酸亚铁溶液旋涂于α‑三氧化二铁薄膜表面，得到乳酸亚铁溶液修饰的α‑三氧化二铁薄膜。本发明的优点是：1)制备工艺简单、原料低廉、操作容易、制备成本低且清洁无污染；2)将乳酸亚铁溶液旋涂在α‑三氧化二铁薄膜表面，使得α‑三氧化二铁薄膜具有更高电荷分离能力和更好催化放氧活性，有望在工业生产领域得到应用。

技术研发人员：王红艳;王辉;薛松;武全萍;孙喆
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：2018.12.19
技术公布日：2019.04.26