CN104230179A - 一种超薄、超小颗粒纳米a相三氧化二铁薄膜的制备方法 - Google Patents

一种超薄、超小颗粒纳米a相三氧化二铁薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的制备方法。包括：将纳米TiO2颗粒均匀分散在乙醇中，然后旋涂在干净的FTO导电玻璃上，焙烧制得纳米TiO2薄膜；然后浸入装有乙酰丙酮铁-正丁醇溶液的容器中；将该容器整体放于盛有氨水和去离子水的反应釜内胆中；将反应釜密封好后在100-160℃的烘箱中反应6小时，冷却后取出所得薄膜，焙烧得到超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜。本发明直接在基底TiO2薄膜上生长纳米氧化铁薄膜，厚度仅为10-100nm，所制备的ɑ-Fe2O3粒径较小，为5-8nm；本发明设备简单、成本低廉、清洁无污染，得到的纳米氧化铁薄膜稳定耐用，有望在工业生产领域得到应用。

Description

一种超薄、超小颗粒纳米a相三氧化二铁薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米氧化铁薄膜的制备方法，尤其是涉及一种超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的制备方法。
背景技术
能源问题是人类现在面临的非常重要的问题，化石、煤炭等不可再生资源正在逐渐枯竭，并且在其使用过程中会面临严重的污染问题，寻找一种新的可再生清洁能源迫在眉睫。在众多的清洁能源中，氢能是一种应用潜力巨大的能源。利用太阳能光催化分解水制氢是一种获得可再生能源和清洁能源的有效方法。
1972年，Fujishima 和Honda教授首次提出纳米二氧化钛(TiO2) 单晶光电极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。目前，利用太阳能，以半导体纳米材料作为光催化剂的光催化分解水技术成为了最具吸引力的制氢方法之一。
纳米ɑ-Fe2O3材料因具有储量丰富、性质稳定、无毒和光催化活性的特点而成为了目前新型光解水材料的研究热点之一。ɑ-Fe2O3是n型间接带隙半导体，其禁带宽度Eg约为2.1eV，最大光吸收波长在590 nm，其较窄的禁带宽度能够使其吸收利用绝大多数的太阳光。但纳米ɑ-Fe2O3材料的广泛工业应用仍受到几方面的制约。其一，纳米ɑ-Fe2O3材料导电性差，其表面产生的电荷不能及时传导出去；其二，空穴扩散路程短（约2-4 nm），而目前所制备的ɑ-Fe2O3的粒径一般在50nm以上，吸收光产生的电子与空穴对复合的几率高，不容易转化成光电流，严重限制了其对太阳光的吸收利用率；其三，基于原子层沉积、化学气相沉等方法发展起来的氧化铁薄膜方法设备要求较高，制备工艺复杂，成本高，且无法制备大面积的膜。而采用旋涂等简单方法制备的氧化铁薄膜与导电基底接触性不好，严重限制了光电流。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提出一种超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的制备方法。
本发明制备方法采用相分离的水热法合成，使溶解于有机溶液中三氧化二铁的前体乙酰丙酮铁，在界面与氨水反应，制得10纳米以下的三氧化二铁，煅烧生成超薄纳米ɑ相三氧化二铁薄膜，制备方法简单、制备低成本低；制备的纳米三氧化二铁颗粒极小，便于电荷分离，以提高光电流。
本发明的技术方案：
一种超薄、超小颗粒纳米ɑ相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）将纳米TiO2颗粒均匀分散乙醇中，然后旋涂在步骤1）所述FTO导电玻璃上，在马弗炉中500℃焙烧30分钟，在FTO导电玻璃上制得纳米TiO2薄膜； 
3）将乙酰丙酮铁溶解于正丁醇溶液中，得到乙酰丙酮铁-正丁醇溶液，将步骤2）负载有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃浸入装有该溶液的容器中；
4）将浓度为30wt%的氨水和去离子水加人反应釜内胆中，然后将步骤3）所述浸有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃的容器整体放于反应釜内胆中，保证容器不被淹没，并将反应釜密封；
5）将密封好的反应釜放入温度为100-160℃的烘箱中反应6小时，取出装置放在通风厨中，冷却至室温后，打开反应釜，取出带有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃，放入马弗炉中于400-700℃烧结30分钟，得到超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜。
步骤3）所述乙酰丙酮铁-正丁醇溶液中，乙酰丙酮铁与正丁醇溶液的用量比为530mg：50 mL。
步骤4）所述乙酰丙酮铁-正丁醇溶液、氨水和去离子水的体积比为4：0.2：4。
所述超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的厚度为10-100纳米，厚度通过重复步骤3）至步骤5）的循环次数来控制，循环次数为1-10次。
 
本发明的优点是：本发明直接在基底TiO2薄膜上生长纳米氧化铁薄膜，纳米氧化铁薄膜与基底TiO2薄膜接触性很好，具有良好的导电性；在FTO导电玻璃层和ɑ相三氧化二铁薄膜层之间增加一层二氧化钛薄膜，以便增加纳米三氧化二铁的吸附量，增强光的吸收，促进光电流的提高；所得到的纳米氧化铁薄膜较薄，厚度仅为10-100nm，在光电催化分解水制氢时能及时将其表面产生的电荷传递出去；所制备的ɑ-Fe2O3粒径较小，为5-8nm，降低了电子与空穴对复合的几率；本发明设备简单、成本低廉、清洁无污染，得到的纳米氧化铁薄膜稳定耐用，极大提高纳米氧化铁的光电催化分解水性能，有望在工业生产领域得到应用。
附图说明
图1是反应釜不同水热合成温度下的纳米a相三氧化二铁薄膜的光电性能。
图中：曲线（1）是反应釜100℃水热合成的光电流；曲线（2）是反应釜120℃水热合成的光电流；曲线（3）是反应釜140℃水热合成的光电流；曲线（4）是反应釜160℃水热合成的光电流；曲线（5）是反应釜100℃水热合成的暗电流；曲线（6）是反应釜120℃水热合成的暗电流；曲线（7）是反应釜140℃水热合成的暗电流；曲线（8）是反应釜160℃水热合成的暗电流。
图2是马弗炉煅烧温度对纳米氧化铁薄膜的光电性能。
图中：曲线（1）是400℃煅烧薄膜的光电流；曲线（2）是500℃煅烧薄膜的光电流；曲线（3）是600℃煅烧薄膜的光电流；曲线（4）是700℃煅烧薄膜的光电流；曲线（5）是400℃煅烧薄膜的暗电流；曲线（6）是500℃煅烧薄膜的暗电流；曲线（7）是600℃煅烧薄膜的暗电流；曲线（8）是700℃煅烧薄膜的暗电流。
 
具体实施方式
实施例1：
1）将FTO导电玻璃裁成10×30mm 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；
2）以18 ％TiO2 胶体、9 ％乙基纤维素和73％松油醇混和搅均得到TiO2浆料，取5.6毫克TiO2浆料超声溶解于1毫升乙醇中，得到1毫克TiO2/mL乙醇的溶液，用胶头滴管取几滴溶液，滴在FTO导电玻璃一端，转速在每分钟1500转下旋涂30秒，待旋涂结束后，将FTO导电玻璃取下，放在120℃的烘箱中干燥20分钟，然后放在马弗炉里，于500℃焙烧30分钟，冷却至室温后取出，得到大小为10×10mm的纳米TiO2薄膜；
3）取530毫克乙酰丙酮铁溶解于50毫升正丁醇溶液，取4毫升上述溶液置于小烧杯中，将制备好的带有TiO2薄膜的FTO导电玻璃刚好浸在此溶液中；
4）取0.2毫升氨水（30%）和4毫升去离子水放于反应釜内胆中，将浸没有TiO2薄膜的小烧杯整个放于反应釜内胆中，保证小烧杯不被氨水和去离子水淹没，将反应釜密封好；
5）将密封好的反应釜放入温度140℃的烘箱中反应6小时，取出装置放在通风厨中,冷却至室温；
6）打开反应釜，取出小烧杯，将其中的负载有薄膜的FTO导电玻璃放在马弗炉中500℃烧结30分钟，得到纳米氧化铁薄膜。
7）将得到的纳米氧化铁薄膜再按照上述步骤3）～6）重复3次，得到ɑ相三氧化二铁薄膜，将此薄膜用于光电催化分解水制氢。
8）以制备的纳米ɑ相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，用天津兰力科电化学工作站线性扫描伏安法测试我们制备薄膜的光电催化分解水性能，扫描电压范围为-0.3～0.9V vs Ag/AgCl。电解质为1M的NaOH溶液（PH=13.6），光源为模拟可见光（λ > 420 nm，光强为100 mW cm-2)。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有较大光电流出现，光电流曲线见图1中的曲线（3）或图2中的曲线（2）。暗电流曲线见图1中的曲线（7）或图2中的曲线（6）。
 
实施例2：
本实施例与实施例1不同在于步骤5）反应釜水热合成温度为100℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图1中的曲线（1）。不加光源测试，暗电流曲线见图1中的曲线（5）。
 
实施例3：
本实施例与实施例1不同在于步骤5）反应釜水热合成温度为120℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图1中的曲线（2）。不加光源测试，暗电流曲线见图1中的曲线（6）。
 
实施例4：
本实施例与实施例1不同在于步骤5）反应釜水热合成温度为160℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图1中的曲线（4）。不加光源测试，暗电流曲线见图1中的曲线（8）。
 
实施例5：
本实施例与实施例1不同在于步骤6）得到的薄膜在马弗炉里煅烧温度为400℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图2中的曲线（1）。不加光源测试，暗电流曲线见图2中的曲线（5）。
 
实施例6：
本实施例与实施例1不同在于步骤6）得到的薄膜在马弗炉里煅烧温度为600℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图2中的曲线（3）。不加光源测试，暗电流曲线见图2中的曲线（7）。
 
实施例7：
本实施例与实施例1不同在于步骤6）得到的薄膜在马弗炉里煅烧温度为700℃。该纳米氧化铁薄膜在光电作用下有光电流出现，光电流曲线见图2中的曲线（4）。不加光源测试，暗电流曲线见图2中的曲线（8）。
通过图1和图2的光电流曲线可以看出，反应釜水热合成温度为140℃，得到的薄膜在马弗炉里煅烧温度为500℃时，所制备的纳米氧化铁薄膜具有较好的光电催化分解水制氢性能。

Claims (4)

1.一种超薄、超小颗粒纳米ɑ相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）将纳米TiO2颗粒均匀分散乙醇中，然后旋涂在步骤1）所述FTO导电玻璃上，在马弗炉中500℃焙烧30分钟，在FTO导电玻璃上制得纳米TiO2薄膜； 
3）将乙酰丙酮铁溶解于正丁醇溶液中，得到乙酰丙酮铁-正丁醇溶液，将步骤2）负载有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃浸入装有该溶液的容器中；
4）将浓度为30wt%的氨水和去离子水加人反应釜内胆中，然后将步骤3）所述浸有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃的容器整体放于反应釜内胆中，保证容器不被淹没，并将反应釜密封；
5）将密封好的反应釜放入温度为100-160℃的烘箱中反应6小时，取出装置放在通风厨中，冷却至室温后，打开反应釜，取出带有纳米TiO2薄膜的FTO导电玻璃，放入马弗炉中于400-700℃烧结30分钟，得到超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3）所述乙酰丙酮铁-正丁醇溶液中，乙酰丙酮铁与正丁醇溶液的用量比为530毫克 ：50 毫升。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤4）所述乙酰丙酮铁-正丁醇溶液、氨水和去离子水的体积比为4 ：0.2 ：4。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述超薄、超小颗粒纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的厚度为10-100纳米，厚度通过重复步骤3）至步骤5）的循环次数来控制，循环次数为1-10次。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109110820A (zh) * 2018-10-08 2019-01-01 五邑大学 一种仿生结构两级孔Fe2O3薄膜及其制备方法
CN111545204A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 上海应用技术大学 一种氧化铁/氧化亚铜光电薄膜的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264937A (zh) * 2008-04-15 2008-09-17 中国科学院山西煤炭化学研究所 非模板法制备阿尔法-三氧化二铁纳米环的方法
CN103408073A (zh) * 2013-09-02 2013-11-27 厦门大学 一种α相三氧化二铁内凹立方体的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264937A (zh) * 2008-04-15 2008-09-17 中国科学院山西煤炭化学研究所 非模板法制备阿尔法-三氧化二铁纳米环的方法
CN103408073A (zh) * 2013-09-02 2013-11-27 厦门大学 一种α相三氧化二铁内凹立方体的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUANGLI ZHANG ET AL.: "Ultrathin hematite films deposited layer-by-layer on a TiO2 underlayer for efficient water splitting under visible light", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》, vol. 39, no. 27, 12 August 2014 (2014-08-12) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109110820A (zh) * 2018-10-08 2019-01-01 五邑大学 一种仿生结构两级孔Fe2O3薄膜及其制备方法
CN109110820B (zh) * 2018-10-08 2020-07-17 五邑大学 一种仿生结构两级孔Fe2O3薄膜及其制备方法
CN111545204A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 上海应用技术大学 一种氧化铁/氧化亚铜光电薄膜的制备方法

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