一種磷酸氫根離子修飾的ɑ相三氧化二鐵薄膜的制備方法
【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制備方法，步驟如下：1）將基體FTO導(dǎo)電玻璃清洗、干燥后備用；2）將FTO導(dǎo)電玻璃浸沒于磷酸鹽與鐵鹽的混合水溶液后置于密封的反應(yīng)釜中，在80-150℃的烘箱中反應(yīng)5－10小時，冷卻至室溫后打開反應(yīng)釜，取出FTO導(dǎo)電玻璃；3）在馬弗爐中于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(fā)明的優(yōu)點是：制備工藝簡單、原料低廉、操作容易、制備成本低且清潔無污染；制得的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復(fù)合的幾率，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(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)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制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三氧化二鐵薄膜的制備方法，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制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氫能是一種應(yīng)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(xué)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(dǎo)體納米材料作為光催化劑的光催化分解水技術(shù)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(tǒng)納米光催化材料，由于其帶隙寬，對太陽能利用率低，嚴(yán)重阻礙了光催化材料的實際應(yīng)用。為此，人們不斷探索開發(fā)具有可見光響應(yīng)的新型光催化材料。α相Fe2O3半導(dǎo)體材料的帶隙寬度窄，具有很強(qiáng)的可見光吸收效率，可見光范圍可以達(dá)到590nm，同時，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、含量豐富。因此，α相三氧化二鐵半導(dǎo)體材料被認(rèn)為是一種理想的光催化材料，對其光催化性能的研宄已經(jīng)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-空穴復(fù)合幾率高等缺點，限制了其光解水的效率。通過摻雜鈦、錫、硅等元素提高納米α相三氧化二鐵薄膜的導(dǎo)電性，便于空穴傳輸，提高光電流。另一種改進(jìn)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(jìn)行修飾，以改變表面態(tài)或提高催化放氧活性。采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(zhuǎn)化效率。因此，用價廉的原料制備高催化活性的磷酸鹽修飾的α相三氧化二鐵薄膜，促進(jìn)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(lǐng)域具有十分重要的研宄意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)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制備方法，該制備方法采用水熱法合成，將磷酸氫二鈉加入到氯化鐵溶液中，當(dāng)氯化鐵水熱反應(yīng)生成中間體FeOOH，其表面含有大量的羥基一 0Η，易于與磷酸氫根離子反應(yīng)，再經(jīng)焙燒制得的三氧化二鐵薄膜表面具有豐富的磷酸根離子，促進(jìn)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(fā)明的技術(shù)方案:
一種磷酸氫根離子修飾的α相三氧化二鐵薄膜的的制備方法，步驟如下:
1)將基體FTO導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、去離子水、乙醇、氯仿超聲清洗，氮?dú)飧稍锖髠溆茫?br> 2)將磷酸鹽與鐵鹽溶于水中，得到混合液，將FTO導(dǎo)電玻璃浸沒于該混合液中，放置于密封的反應(yīng)釜中，在80-150°C的烘箱中反應(yīng)5 — 10小時，冷卻至室溫后打開反應(yīng)釜，取出FTO導(dǎo)電玻璃；
3)將上述FTO導(dǎo)電玻璃在馬弗爐中于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(fā)明的優(yōu)點是:1)制備工藝簡單、原料低廉、操作容易、制備成本低且清潔無污染；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(fù)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復(fù)合的幾率，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(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是制得的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制備的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(4)是實施例I制備的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流；曲線(2)是對比實施例2制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制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制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制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制備方法，步驟如下:
1)將FTO導(dǎo)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(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍锖髠溆?；?br> 2)將0.0537g Na2HPO4.12H20和2.433g無水三氯化鐵溶于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(dǎo)電玻璃浸沒于該混合液中，放置于密封的反應(yīng)釜中，在100°C的烘箱中反應(yīng)6小時，冷卻至室溫后打開反應(yīng)釜，取出FTO導(dǎo)電玻璃；
3)浸沒FTO導(dǎo)電玻璃的小燒杯整個放于反應(yīng)釜內(nèi)膽中，將反應(yīng)釜密封好，在馬弗爐中于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:
該對比實施例的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于:不加入Na2HPO4而制得的薄膜。
[0012]對比實施例3:
該對比實施例的制備步驟與實施例1基本相同，不同之處在于:不加入Na2HPO4而制得的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，取出后用去離子水沖洗，放在馬弗爐中于700°C燒結(jié)20分鐘，制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:
以制備的納米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(xué)工作站線性掃描伏安法測試我們制備薄膜的光電催化分解水性能，掃描電壓范圍為-0.3?1.0V vs Ag/AgClo電解質(zhì)為0.1M的磷酸鉀溶液(PH=7)，光源為模擬太陽光(光強(qiáng)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(xiàn)。
[0014]圖1是制得的a相三氧化二鐵薄膜的光電流圖。圖中:曲線(I)是實施例1制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制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制備的a相三氧化二鐵薄膜的光電流，曲線(5)是對比實施例2制備的a相三氧化二鐵薄膜的暗電流；曲線(3)是對比實施例3制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制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，制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(qiáng)，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(jìn)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(qiáng)，說明磷酸鹽與氯化鐵一同加入反應(yīng)，制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(qiáng)，顯示三氧化二鐵薄膜的光電催化分解水性能的提尚O
【權(quán)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制備方法，其特征在于步驟如下: .1)將基體FTO導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、去離子水、乙醇、氯仿超聲清洗，氮?dú)飧稍锖髠溆茫? .2)將磷酸鹽與鐵鹽溶于水中，得到混合液，將FTO導(dǎo)電玻璃浸沒于該混合液中，放置于密封的反應(yīng)釜中，在80-150°C的烘箱中反應(yīng)5 — 10小時，冷卻至室溫后打開反應(yīng)釜，取出FTO導(dǎo)電玻璃； . 3)將上述FTO導(dǎo)電玻璃在馬弗爐中于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(jù)權(quán)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制備方法，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】薛松, 劉侃, 武全萍, 王紅艷, 孫喆 申請人:天津理工大學(xué)