CN103726090A - 一种用于光电解用的α-Fe2O3光阳极的制备方法 - Google Patents
一种用于光电解用的α-Fe2O3光阳极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于光电解的α-Fe2O3光阳极的制备方法,以导电基板作为工作电极，Pt金属板或石墨板等作为对电极，Ag/AgCl或者饱和甘汞电极作为参比电极。该装置和电化学工作站连通构成的三电极体系浸入到含有Fe2+前驱体溶液中，外加电压后在导电玻璃表面阳极氧化电沉积制备FeOOH薄膜，该薄膜样品再通过煅烧得到α-Fe2O3光阳极。本发明装置结构简单廉价，操作方便，精确控制薄膜厚度，稳定性好，环境友好。在光电解过程中采用此种方法制备光阳极，可实现α-Fe2O3光阳极的快速友好的制备。
Description
技术领域
本发明涉及光电解池，具体为一种用于光电解池的α-Fe2O3光阳极的制备方法。
背景技术
光电解过程是利用半导体吸收和转化太阳能后将能量存储为化学能的过程。太阳能的转化和储存最热门的方式是通过光电解水产生氢气，此方式也被认为是生产清洁能源的理想方式，其过程中消耗的原料只有水。氢能作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源。与其他应用于光电解池的光电催化剂相比，α-Fe2O3半导体具有较窄的禁带宽度使得光电转化装置可以利用太阳光中40%的光谱带。另外，Fe元素因其在自然界中储量丰富，价格便宜，并且α-Fe2O3具有光化学和电化学稳定性，无毒无害而被人们广泛关注。
对光电解材料来说，α-Fe2O3半导体材料的制备过程及其制备条件对材料光电化学特性有很重要的影响。就α-Fe2O3半导体材料目前的发展来说，其制备方法多种多样。文献中报道的溶胶-凝胶法，雾化高温分解法，化学气相沉积等方法制备α-Fe2O3光阳极。溶胶-凝胶法应用了一种磁铁矿纳米晶体的分散胶体作为前驱体，通过凝胶的方法在FTO表面制备α-Fe2O3光阳极。雾化高温分解法是利用Fe3+在氧气存在的氧化环境中制备了α-Fe2O3半导体薄膜。化学气相沉积是以Fe(CO)5作为前驱体沉积α-Fe2O3半导体薄膜作为光阳极。
发明内容
为了克服α-Fe2O3半导体薄膜制备过程中的结构复杂，成本较高，使用危险性前驱体以及操作不方便等问题，本发明的目的在于针对光电解的α-Fe2O3半导体光阳极而提供一种制备简单，操作方便及膜厚度易控制的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于光电解的α-Fe2O3光阳极的制备方法，通过在含有Fe2+前驱体溶液中进行电沉积在导电基板的表面沉积FeOOH薄膜，再将所得的FeOOH薄膜在高温下煅烧在导电基板表面得到α-Fe2O3光阳极，其特征在于：
采用0.001-0.2M Fe2+电解质溶液为电沉积前躯体溶液，导电基板上的阳极氧化电沉积电势范围为0.7-1.2V，温度范围为20-80℃，电沉积前躯体溶液的pH值范围为1-8条件下进行电沉积，电沉积时间为1-30min。
具体步骤为：
将含有0.001-0.2M Fe2+电解质溶液的电化学沉积槽置于恒温设备中，工作电极、对电极和参比电极浸入到此电化学沉积槽的电解质溶液内，于沉积槽内工作电极的导电面与对电极相对设置并保持0.5-3.0cm的距离，通过导线将此工作电极和对电极延伸出沉积槽外侧与电化学直流电源的工作电极、对电极和参比电极分别连接构成三电级体系，进行电沉积；
所述的工作电极为导电玻璃，Ti板或其他金属板基质
电沉积完毕后，对电沉积得到的导电薄膜进行高温煅烧，从而在工作电极的导电基板表面制备光阳极薄膜。
所述电化学沉积槽为具有耐酸碱性的玻璃或者聚四氟容器。
所述电解质溶液为0.001-0.2M的FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2或各种含有Fe2+离子的溶液。
所述参比电极为甘汞电极、汞-硫酸亚汞电极或银-氯化银电极。
所述的对电极为Pt片或石墨板。
所述的恒温设备的恒温范围为0-100℃，并可根据需要进行调节。
所述的高温煅烧的温度范围为400-900℃，时间为30-240min，空气环境中煅烧。
本发明装置结构简单廉价，操作方便，精确控制薄膜厚度，稳定性好，环境友好。在光电解过程中采用此种方法制备光阳极，可实现α-Fe2O3光阳极的快速友好的制备。
在光电解过程中使用此种方法制备的光阳极，可以实现对α-Fe2O3光阳极薄膜厚度的精确控制，通过测量光电流随薄膜厚度的变化从而为探讨光电解池的载流子的传递机理提供重要的依据。
本发明具有以下特点：
（1）本发明将导电基板作为工作电极，电沉积过程利用电沉积过程制备光电解电极；
（2）本发明能够快速、准确地在导电基板表面制备α-Fe2O3半导体薄膜，可以通过调节时间控制薄膜厚度；
（3）本发明结构简单，操作方便，减少贵金属使用，成本低。
本发明测量精度高，稳定性好。在光电解进行过程中采用此种方法制备的α-Fe2O3半导体作为光阳极，可实现将太阳能转化为化学能的应用。
附图说明
图1中a为制备的α-Fe2O3光阳极示意图，b为阳极氧化电沉积设备示意图。（1）导电基板，（2）α-Fe2O3半导体薄膜，（3）阳极氧化电沉积池，（4）对电极，（5）参比电极，（6）电解质溶液,（7）电化学工作站。
图2为阳极氧化电沉积曲线。
图3为不同沉积时间的阳极氧化电沉积曲线。对应实施例3。
图4为α-Fe2O3光电极的数码照片。
图5为α-Fe2O3光电极的光电性能图片。
图6为煅烧后样品金相显微镜的照片。
图7为不同电沉积时间样品的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明所述由电沉积装置和电化学工作站组成，如图1a所示是作为工作电极的导电基板，在组装时使工作电极的导电面正对对电极，并用导线引出到电沉积槽外。
如图1b所示是本发明电沉积过程示意图，工作电极和对电极浸入电解质溶液7（含有Fe2+的前驱体溶液），参比电极6进入到电解质溶液与工作电极1，对电极4连通构成外加参比电极，同时保证工作电极1和对电极4的稳定和恒定的距离，从而利用此法制备α-Fe2O3光电极。
电沉积完毕后，将样品用去离子水洗涤3-5次，待吹干后样品置于高温煅烧设备中煅烧。
实施例1
采用0.01M的FeCl2·5H2O作为电解质溶液，利用1M HCl调节溶液pH值为4.1在75℃的条件下利用三电极体系制备α-Fe2O3光电极。其中FTO（导电玻璃）作为工作电极，Pt片电极作为对电极，Ag/AgCl电极（4M KCl溶液）作为参比电极。优化后的沉积电极为1.2V条件下实验。沉积时间为2、4、8、16min。沉积时间不同得到的薄膜样品的颜色从黄色到红色不同。沉积过程完毕后，将工作电极取出利用去离子水冲洗后在管式炉中煅烧，管式炉中从室温至520℃升温速率保持2℃/min，然后于520℃条件下煅烧30min。图4为沉积煅烧后得到的α-Fe2O3光电极的数码照片。该方法得到α-Fe2O3光电极在基板表面镀层均匀，形貌较好，颗粒大小在20nm左右，随着沉积的时间延长，厚度同时增大，薄膜的颜色加深。
实施例2
与实施例1不同之处在于，在0.05M的FeCl2·5H2O和3M的NH4Cl作为电解质，pH值为7.5，在电压为0.3V的条件下。其中FTO（导电玻璃）作为工作电极，Pt片电极作为对电极，Ag/AgCl电极（4M KCl溶液）作为参比电极。沉积过程完毕后，同上例进行煅烧。
实施例3
与实施例1不同之处在于，工作电极为2cm×5cm导电玻璃,对电极为石墨板,Ag/AgCl（饱和KCl）为参比电极.在外加电压1.2V，pH=4.1，70°C条件下，以0.1M的FeCl2·4H2O，pH=5.1为电解质溶液，沉积时间为1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min的样品。沉积完毕后，将样品送入管式炉中在600℃的条件下进行高温煅烧。图3为不同电沉积时间的阳极氧化电沉积曲线。图5为α-Fe2O3光电极的光电性能图。图6为煅烧后样品的金相显微镜照片。图7为所制备的样品的XRD图谱。
Claims (7)
1.一种用于光电解的α-Fe2O3光阳极的制备方法，通过在含有Fe2+前驱体溶液中进行电沉积在导电基板的表面沉积FeOOH薄膜，再将所得的FeOOH薄膜在高温下煅烧从而在导电基板表面得到α-Fe2O3光阳极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
采用0.001-0.2M Fe2+电解质溶液为电沉积前躯体溶液，导电基板上的阳极氧化电沉积电势范围为0.7-1.2V，温度范围为20-80℃，电沉积前躯体溶液的pH值范围为1-8条件下进行电沉积，电沉积时间为1-30min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
将含有0.001-0.2M Fe2+电解质溶液的电化学沉积槽置于恒温设备中，工作电极、对电极和参比电极浸入到此电化学沉积槽的电解质溶液内，于沉积槽内工作电极的导电面与对电极相对设置并保持0.5-3.0cm的距离，通过导线将此工作电极和对电极延伸出沉积槽外侧与电化学直流电源的工作电极、对电极和参比电极分别连接构成三电级体系，进行电沉积；
所述导电基板作为工作电极，其为导电玻璃，Ti板或其他金属板基质；
电沉积完毕后，对电沉积得到的导电薄膜进行高温煅烧，从而在工作电极的导电基板表面制备光阳极薄膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述电化学沉积槽为具有耐酸碱性的玻璃或者聚四氟容器；
所述参比电极为甘汞电极、汞-硫酸亚汞电极或银-氯化银电极；
所述的对电极为Pt片或者石墨板。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：恒温设备的恒温范围为0-100℃，并可根据需要进行调节。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述电解质溶液为0.001-0.2M的FeCl2、FeSO4、Fe(NO3)2或各种含有Fe2+离子的溶液。
7.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：高温煅烧的温度范围为400-900°C，时间为30-240min，空气中煅烧。
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|---|---|
| CN (1) | CN103726090A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105642291A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-06-08 | 浙江工商大学 | 一种带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜及其制备方法和应用 |
| CN105780087A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 电氧化合成一维纳米氧化物结构的制备方法 |
| CN106350846A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-25 | 长春理工大学 | 一种电化学沉积制备图案化有序α‑Fe2O3纳米粒子阵列的方法 |
| 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 |
| CN107326385A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-07 | 中国科学院化学研究所 | 一种硼掺杂三氧化二铁光电极的制备方法 |
| CN107354480A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-17 | 汕头大学 | 一种金属氧化物/NiPi光阳极材料及其制备 |
| CN107699913A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-02-16 | 江苏大学 | 一种复合光电极的制备方法 |
| CN108914148A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-30 | 北京科技大学 | 一种光电化学电池光阳极的制备方法 |
| CN108977846A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-12-11 | 太原理工大学 | 一种氧化铁纳米带阵列薄膜的制备方法 |
| CN110424021A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-11-08 | 陕西理工大学 | 一种电化学制备三氧化二铁的方法 |
| CN112458491A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-03-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于阶跃电压的致密Fe2O3薄膜的制备方法 |
| CN112920125A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-08 | 合肥博思科创医药科技有限公司 | 一种恶拉戈利钠的纯化方法 |
| CN113577536A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 浙江迈达佩思医疗科技有限公司 | 植入式引线电极、制备方法及骶神经刺激器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4966675A (en) * | 1988-03-15 | 1990-10-30 | Steininger Karl Heinz | Polarizable electrode |
| EP0593372A1 (en) * | 1992-10-14 | 1994-04-20 | Daiki Engineering Co., Ltd. | Highly durable electrodes for eletrolysis and a method for preparation thereof |
| CN101049973A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-10-10 | 河北师范大学 | 超细α－Fe2O3的制备方法 |
| CN101318709A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-12-10 | 华东理工大学 | 一种纳米γ－Fe2O3空心磁性微球的制备方法 |
-
2012
- 2012-10-11 CN CN201210384084.4A patent/CN103726090A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4966675A (en) * | 1988-03-15 | 1990-10-30 | Steininger Karl Heinz | Polarizable electrode |
| EP0593372A1 (en) * | 1992-10-14 | 1994-04-20 | Daiki Engineering Co., Ltd. | Highly durable electrodes for eletrolysis and a method for preparation thereof |
| CN101049973A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-10-10 | 河北师范大学 | 超细α－Fe2O3的制备方法 |
| CN101318709A (zh) * | 2008-06-25 | 2008-12-10 | 华东理工大学 | 一种纳米γ－Fe2O3空心磁性微球的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RYAN L .SPRAY ET AL: "Photoactivity of Transparent Nanocrystalline Fe2O3 Electrodes Prepared via Anodic Electrodeposition", 《CHEM.MATER》, vol. 21, 14 July 2090 (2090-07-14) * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105780087A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 电氧化合成一维纳米氧化物结构的制备方法 |
| CN105780087B (zh) * | 2014-12-16 | 2018-03-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 电氧化合成一维纳米氧化物结构的制备方法 |
| CN105642291B (zh) * | 2015-12-29 | 2018-03-16 | 浙江工商大学 | 一种带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜及其制备方法和应用 |
| CN105642291A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-06-08 | 浙江工商大学 | 一种带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜及其制备方法和应用 |
| CN106350846A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-25 | 长春理工大学 | 一种电化学沉积制备图案化有序α‑Fe2O3纳米粒子阵列的方法 |
| 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 |
| CN107326385A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-07 | 中国科学院化学研究所 | 一种硼掺杂三氧化二铁光电极的制备方法 |
| CN107326385B (zh) * | 2017-06-16 | 2019-01-22 | 中国科学院化学研究所 | 一种硼掺杂三氧化二铁光电极的制备方法 |
| CN107354480A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-17 | 汕头大学 | 一种金属氧化物/NiPi光阳极材料及其制备 |
| CN107354480B (zh) * | 2017-06-19 | 2019-03-01 | 汕头大学 | 一种金属氧化物/NiPi光阳极材料及其制备 |
| CN107699913A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-02-16 | 江苏大学 | 一种复合光电极的制备方法 |
| CN108977846A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-12-11 | 太原理工大学 | 一种氧化铁纳米带阵列薄膜的制备方法 |
| CN108914148A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-30 | 北京科技大学 | 一种光电化学电池光阳极的制备方法 |
| CN110424021A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-11-08 | 陕西理工大学 | 一种电化学制备三氧化二铁的方法 |
| CN113577536A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 浙江迈达佩思医疗科技有限公司 | 植入式引线电极、制备方法及骶神经刺激器 |
| CN113577536B (zh) * | 2020-04-30 | 2024-02-27 | 浙江迈达佩思医疗科技有限公司 | 植入式引线电极、制备方法及骶神经刺激器 |
| CN112458491A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-03-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于阶跃电压的致密Fe2O3薄膜的制备方法 |
| CN112458491B (zh) * | 2021-01-28 | 2021-04-06 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于阶跃电压的致密Fe2O3薄膜的制备方法 |
| CN112920125A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-08 | 合肥博思科创医药科技有限公司 | 一种恶拉戈利钠的纯化方法 |
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