CN105642291B - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了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，制备方法包括：(1)以导电玻璃为工作电极采用三电极体系共沉积后恒温煅烧得Fe2O3薄膜；(2)以Fe2O3薄膜为工作电极采用三电极体系共沉积后自然晾干得Fe2O3‑FeOOH催化薄膜；(3)以Fe2O3‑FeOOH催化薄膜为工作电极采用三电极体系共沉积后自然晾干后得双重助氧催化层的催化薄膜。本发明的催化薄膜用于处理含酚废水，本发明通过循环伏安沉积法将FeOOH和NiOOH这两种助氧催化剂构筑于Fe2O3薄膜，大幅度地提高了Fe2O3薄膜的光电催化产氧性能及光催化稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光电催化材料技术领域，特别涉及一种基于氧化铁构筑双重助氧催化层的高稳定性的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)及其运用。
背景技术
环境污染和能源短缺是当今人类面临的两大严峻挑战。光电催化氧化法因其高效、环境友好、能耗低等优点而备受瞩目。此技术的关键在于制备高效稳定的催化剂。
氧化铁为过渡金属氧化物，其在光电催化领域表现出一定的优越性，其带隙宽度较窄，在紫外和可见区域都表现出较强的光电化学响应，与此同时，其还兼有物理和化学稳定性好、经济成本低、对环境无害的优点。但其光生电子和空穴易发生复合，致使光电活性降低。对此，许多改性方法应运而生，如非金属/金属掺杂、半导体复合等。
助催化剂的运用为解决光生电子-空穴复合问题提供了另一种解决的途径。助催化剂能促进光解水产氢、产氧反应动力学，提高光生电荷反应速率，从而减少光生电荷在催化剂表面的累积，避免光生电子-空穴重新复合。助催化层的构筑可以提高光催化剂的稳定性，促进催化反应的进行。
公开号为103432969A的中国发明申请公开了一种α-Fe2O3/FeOOH核壳结构复合微球的制备方法。该发明所得的氧化铁复合材料是在α-Fe2O3微球表面生成一层FeOOH纳米棒，其具有新颖结构形态，微球的大小、形貌、结构及组装方式可控，可运用在复合氧化铁磁性材料、污水处理的催化剂、吸附剂等方面。
公开号为102824917A的中国发明申请公开了一种氧化铁/钨酸铋复合光催化剂及其制备方法与应用。该发明所制备Fe2O3/Bi2WO6复合材料的光催化活性比纯Bi2WO6有明显提高，促进了其在治理环境污染方面的实际应用潜力，还可用于光催化汽油脱硫和光催化生物灭菌等。
然而，传统的复合光催化剂大多以粉末为主，在连续流动式的循环系统中较难实现催化剂的分离和回收再用。因此，研发高效且稳定的薄膜催化材料有着一定的应用前景。
发明内容
本发明提供了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，解决了现有光催化材料催化效率不高、稳定性不好、回收不便的技术问题。
一种带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的制备方法，包括如下步骤：
(1)以含Fe2+的前驱体溶液作为电解液，采用三电极体系进行电沉积，即以洁净的导电玻璃(FTO)为工作电极，石墨电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，待其(电沉积后的导电玻璃)自然晾干后进行恒温煅烧获得Fe2O3薄膜；
优选地，该步骤中所述含Fe2+的前驱体溶液为含FeCl2·4H2O的乙二醇溶液；
优选地，该步骤中所述含Fe2+的前驱体溶液中的Fe2+摩尔浓度为0.01M～0.04M，乙二醇溶液中乙二醇与蒸馏水的体积比为1:5～1:12；进一步优选地，所述乙二醇溶液中Fe2+的摩尔浓度为0.02M，乙二醇与蒸馏水的体积比为1:8；
优选地，该步骤中电沉积温度为50～90℃，电沉积电压为1～2V，电沉积时间为0.5min～10min；进一步优选地，该步骤中电沉积温度为60～80℃，电沉积电压为1～1.5V，电沉积时间为4min～6min；最优选地，该步骤中电沉积温度为70℃，电压为1.36V，电沉积时间为5min。通过电沉积工艺参数控制电沉积得到的催化薄膜的厚度。
优选地，该步骤中恒温煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1～5h；进一步优选地，该步骤中恒温煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为1～3h；最优选地，该步骤中恒温煅烧温度为500℃，煅烧时间为2h。通过恒温煅烧温度和时间控制催化薄膜的结晶度。
(2)以经预处理(通氮气半小时除氧)含Fe2+的前驱体溶液作为电解液，使用电化学工作站采用三电极体系进行循环伏安(CV)沉积，即以Fe2O3薄膜为工作电极，钛片为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，室温下自然晾干得到Fe2O3-FeOOH催化薄膜；
优选地，该步骤中所述含Fe2+的前驱体溶液为含FeSO4·7H2O的醋酸盐缓冲溶液(pH＝7)，并且由于溶液中的Fe2+易与氧发生反应从而生成沉淀Fe(OH)3因此需进行预处理，即通氮气半小时以除氧；
优选地，该步骤中所述含Fe2+的前驱体溶液中的Fe2+摩尔浓度为0.5mM～2mM；进一步优选地,所述前驱体溶液中Fe2+摩尔浓度为1mM。
优选地，该步骤中循环伏安(CV)沉积扫描圈数为1～10圈，扫描速度为5～100mV/s，扫描范围0V-2V；进一步优选地，该步骤中循环伏安(CV)沉积扫描圈数为3～6圈，扫描速度为30～60mV/s；最优选地，该步骤中扫描圈数为5圈，扫描速度为50mV/s，扫描范围0.1-1.6V。
(3)以含Ni2+的前驱体溶液作为电解液，使用电化学工作站采用三电极体系进行循环伏安(CV)沉积，即以Fe2O3-FeOOH催化薄膜为工作电极，钛片为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，室温下自然晾干即得带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜；
优选地，该步骤中所述含Ni2+的前驱体溶液为pH为6.5～7.2的含NiSO4·4H2O的水溶液；
优选地，该步骤中所述含Ni2+的前驱体溶液中的Ni2+摩尔浓度为0.05M～0.2M；进一步优选地,所述前驱体溶液中Ni2+摩尔浓度为0.1M。
优选地，该步骤中循环伏安(CV)沉积扫描圈数为1～10圈，扫描速度为5～100mV/s，扫描范围0V-2V；进一步优选地，该步骤中循环伏安(CV)沉积扫描圈数为3～6圈，扫描速度为30～60mV/s；最优选地，该步骤中扫描圈数为5圈，扫描速度为50mV/s，扫描范围0.1-1.6V。
本发明通过循环伏安(CV)沉积法将FeOOH和NiOOH这两种助氧催化剂构筑于Fe2O3薄膜，大幅度地提高了Fe2O3薄膜的光电催化产氧性能及光催化稳定性，且操作简单，经济成本较低。
本发明的制备方法中通过调整电沉积的温度、时间以及工作电压控制基底氧化铁催化薄膜的厚度，通过调整循环伏安(CV)沉积的扫描圈数、扫描速度及扫描范围控制助氧催化层FeOOH和NiOOH的厚度，从而获得厚薄适宜的基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料，使其既能充分吸收光，产生较高浓度的光生载流子，又能提高载流子的迁移速率，表现出较高的光电催化活性。
在上述优选的条件即电沉积的温度、时间以及工作电压、扫描圈数、扫描速度及扫描范围制备得到的Fe2O3-FeOOH-NiOOH膜厚度为300～450nm(该厚度是指导电基底上膜的厚度)，该厚度范围内的Fe2O3-FeOOH-NiOOH膜即能吸收足够的光，又能促进光生空穴和电子分离，可用于处理有机废水，尤其是用于电解处理含酚废水时的阳极。
FeOOH和NiOOH两种助氧催化层之间存在协同促进作用，FeOOH除了具有一定的产氧催化性能外，更重要的是具有存储和转移Fe2O3产生的光生空穴的作用，将Fe2O3产生的光生空穴及时转移给NiOOH；NiOOH具有产氧催化作用，将FeOOH转移过来的空穴及时催化利用，产生氧气或者氧化污染物。FeOOH和NiOOH两种助氧催化层之间的协同作用使Fe2O3产生的光生空穴和电子得到更有效的分离利用，获得单一助氧催化层无法实现的高催化效率。
本发明还提供一种由所述制备方法制备得到的带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜。有较好的光响应性和光电催化活性，在运用其降解废水中的某些污染物时也表现出良好的催化活性和稳定性，尤其是处理含酚废水。
因此，本发明还提供一种如所述带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜在处理含酚废水中的应用。
所述含酚废水中苯酚的浓度为5～100mg/L，pH值为3～8.
以本发明可见光催化薄膜为阳极、钛片为阴极，处理所述含酚废水；为保证污染物浓度均一，在整个过程中对其进行搅拌处理；与此同时，在进行电催化及光电催化降解时，对阳极和阴极之间施加3V的工作电压；
为实现污染物与光阳极之间的吸附平衡，在光催化、电催化及光电催化反应前进行30min暗吸附处理。
与现有的技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明将电沉积法和循环伏安(CV)沉积法相结合，将FeOOH和NiOOH这两种助氧催化剂构筑于Fe2O3薄膜，形成了薄的双重助氧催化层，大幅度地提高了Fe2O3薄膜的光电催化产氧性能和稳定性。在可见光下，Fe2O3-FeOOH-NiOOH比Fe2O3-FeOOH和Fe2O3光电流分别高近10倍和40倍。
(2)本发明涉及的制备催化剂工艺--电沉积法和循环伏安(CV)沉积法操作简单，重复性高，并且经济成本较低。Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜处理含苯酚废水循环降解4次后，苯酚的降解率基本保持不变，这表明其具有良好的光电降解稳定性及较高的重复使用性，这为以后用于实际处理废水提供了理论基础及光催化材料。
(3)本发明制备的基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料有着较好的光响应性和光电催化活性，在运用其降解废水中的某些污染物也表现出良好的催化活性和稳定性。
附图说明
图1为Fe2O3、Fe2O3-FeOOH及Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜在0.2M NaOH溶液中的可见光照交替下的线性扫描伏安曲线；
图2为Fe2O3、Fe2O3-FeOOH及Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜在0.2M NaOH溶液中的紫外可见光照交替下的线性扫描伏安曲线；
图3为Fe2O3、Fe2O3-FeOOH及Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜的光电转化效率(IPCE)图；
图4为Fe2O3、Fe2O3-FeOOH及Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜在可见光电条件下降解苯酚的去除率比较图。
图5为Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜光催化、电催化以及光电催化降解苯酚去除率比较图。
图6为Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜在可见光电条件下循环降解苯酚去除率比较图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实例对本发明进行详细的说明。
实施例1
本实施案例的基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的制备方法包括如下步骤：
(1)以含Fe2+的前驱体溶液作为电解液，使用CHI660E型电化学工作站采用三电极体系进行电沉积，即以洁净的导电玻璃(FTO，商购)为工作电极，石墨电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，待其自然晾干后进行恒温煅烧获得Fe2O3薄膜；
本实施案例中的含Fe2+的前驱体溶液的Fe2+摩尔浓度为0.02M。通过如下方法制备得到：
称取一定量的FeCl2·4H2O溶于一定体积的乙二醇和蒸馏水中，乙二醇与蒸馏水的体积比为1:8。
通过电沉积工艺参数控制电沉积得到的催化薄膜的厚度，本实施例中电沉积工艺参数如下：电沉积温度为70℃，工作电压为1.36V，沉积时间为5min。
通过恒温煅烧温度和时间控制催化薄膜的结晶度，本实施例中恒温煅烧温度为500℃，煅烧时间为2h。
(2)以经预处理(通氮气半小时)含Fe2+的前驱体溶液作为电解液，使用CHI660E型电化学工作站采用三电极体系进行循环伏安(CV)沉积，即以Fe2O3薄膜为工作电极，钛片为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，室温下自然晾干得到Fe2O3-FeOOH催化薄膜；
本实施案例中的含Fe2+的前驱体溶液的Fe2+摩尔浓度为1mM。通过如下方法制备得到：
称取一定量的FeSO4·7H2O溶于一定体积经半小时氮吹除氧的醋酸盐缓冲溶液(pH＝7)中。
通过循环伏安(CV)沉积工艺参数控制沉积得到的催化薄膜的厚度，本实施例中循环伏安(CV)沉积工艺参数如下：扫描圈数为5圈，扫描速度为50mV/s，扫描范围0.1-1.6V。
(3)以含Ni2+的前驱体溶液作为电解液，使用CHI660E型电化学工作站采用三电极体系进行循环伏安(CV)沉积，即以Fe2O3-FeOOH催化薄膜为工作电极，钛片为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，室温下自然晾干得到Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜；
本实施案例中的含Ni2+的前驱体溶液的Ni2+摩尔浓度为0.1M。通过如下方法制备得到：
称取一定量的NiSO4·4H2O溶于一定体积的蒸馏水中，并用1M NaOH溶液调节pH为6.5～7.2。
通过循环伏安(CV)沉积工艺参数控制沉积得到的催化薄膜的厚度，本实施例中循环伏安(CV)沉积工艺参数如下：扫描圈数为5圈，扫描速度为50mV/s，扫描范围0.1-1.6V。
图1为本实施案例中制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜在可见光照射下的线性扫描伏安曲线；图2为本实施案例中制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜在紫外可见光照射下的线性扫描伏安曲线。由图1和2可知，在两种光照条件下，FeOOH和NiOOH的构筑均会显著提高Fe2O3催化薄膜的光电流。可见光照射下，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl，Fe2O3-FeOOH-NiOOH比Fe2O3-FeOOH和Fe2O3光电流分别高近10倍和40倍；紫外可见光照射下，当电压同为0.35V vs.Ag/AgCl，Fe2O3-FeOOH-NiOOH比Fe2O3-FeOOH和Fe2O3光电流分别高近4倍和30倍。分析可知，双重助氧催化层(FeOOH和NiOOH)的构筑极大地提高了Fe2O3催化薄膜的光解水产氧的能力，与此同时，在一定程度上抑制了空穴和电子对的复合过程。
图3为本实施案例中制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜的光电转化效率(IPCE)曲线。由图3可知，Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜的IPCE曲线的趋势大致相同。在400-560nm的波长范围之间，Fe2O3-FeOOH-NiOOH的光响应值均高于其他两种材料。这说明双重助氧催化层(FeOOH和NiOOH)的构筑使得复合催化剂表面有着更好的电子转移特性。
实施例2
本实施案例的基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的运用包括如下步骤：
(1)使用1M H2SO4溶液或1M NaOH溶液调节人工模拟废水的pH值为3；
本实施例中的人工模拟废水为含苯酚人工模拟废水，其浓度为10mg/L。
(2)搭建光电催化降解体系，以按实施例1制备所得的催化材料为光阳极，钛片为阴极，处理经调节pH后的人工模拟废水；
本实施例中光催化、电催化及光电催化降解时，为保证污染物浓度均一，在整个过程中对其进行搅拌处理；与此同时，在进行电催化及光电催化降解时，对阳极和阴极之间施加3V的工作电压；
为实现污染物与光阳极之间的吸附平衡，在光催化、电催化及光电催化反应前进行30min暗吸附处理。
图4分别为按照实例1制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜在可见光照射下，处理人工模拟水中苯酚的降解率图。由图4可知，在可见光照下，Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜对苯酚的降解效率(82.6％)明显优于Fe2O3-FeOOH(64.0％)和Fe2O3(41.6％)。
图5分别为电催化(EC)、光催化(PC)、光电催化(PEC)条件下，处理人工模拟废水中苯酚的降解率图。此实例中光阳极为按照实例1制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜。由图5可知，对于Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜，光电催化降解苯酚的效果(82.6％)明显优于电催化(37.6％)以及光催化(27.7％)。
图6为按照实例1制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜多次处理人工模拟水中苯酚的降解率图。由图6可知，Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜循环降解4次后，即进行16h的可见光电催化反应，苯酚的降解率基本保持不变，这表明其具有良好的光电降解稳定性及较高的重复使用性，这为以后用于实际处理废水提供了理论基础及光催化材料。
实施例3
重复实施例1操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，不实施步骤(2)，即实施步骤(1)和(3)制备Fe2O3–NiOOH催化薄膜。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3–NiOOH催化薄膜与按实施例1条件制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH、Fe2O3-FeOOH以及Fe2O3催化薄膜，进一步进行光电化学性能比较。
本实施案例中制得的Fe2O3-NiOOH催化薄膜光电化学性能优于按实施例1制得的Fe2O3薄膜，但略劣于Fe2O3-FeOOH催化薄膜，且显著劣于Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜。可见光照射下，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl，Fe2O3-NiOOH比Fe2O3光电流高近6倍，并且由实施例1可Fe2O3-FeOOH比Fe2O3光电流高近10倍，而Fe2O3-FeOOH-NiOOH催化薄膜比Fe2O3光电流高近40倍。此外，分别构筑两种助氧催化层的光电流之和小于同时构筑两种助氧催化层的光电流，即Fe2O3-NiOOH+Fe2O3-FeOOH＜Fe2O3-FeOOH-NiOOH。分析可知，FeOOH和NiOOH两种助氧催化层之间存在一定协同促进作用。
实施例4
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(1)Fe2+摩尔浓度为0.01M。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35Vvs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近28倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了19倍。在可见光条件下对苯酚的降解率为74.2％。
实施例5
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(1)恒温煅烧温度为400℃。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，并且所得薄膜的结晶性和均匀性较差。在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近21倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了14倍。此外，本实施案例制备的催化薄膜在可见光条件下对苯酚的降解率为53.7％。
实施例6
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(2)含Fe2+的前驱体溶液未经预处理，即不通氮气半小时。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35Vvs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近24倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了16倍。此外，本实施案例制备的催化薄膜在可见光条件下对苯酚的降解率为60.1％。
实施例7
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(2)循环伏安(CV)沉积圈数为10圈。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能略劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近37倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了26倍。此外，本实施案例制备的催化薄膜在可见光条件下对苯酚的降解率为78.2％。
实施例8
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(3)循环伏安(CV)沉积扫描速度为100mV/s。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能略劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近34倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了23倍。此外，本实施案例制备的催化薄膜在可见光条件下对苯酚的降解率为75.8％。
实施例9
重复实施例1和2操作步骤，不同之处在于制备基于氧化铁构筑双重助氧催化层的可见光催化薄膜材料(Fe2O3-FeOOH-NiOOH)的过程中，步骤(3)循环伏安(CV)沉积扫描范围为0.5-1.0V。
在本实施案例的条件下制备的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜光电化学性能略劣于按实施例1条件制得的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜，在可见光照下，相较于Fe2O3薄膜，当电压为0.35V vs.Ag/AgCl时，本实施例的Fe2O3-FeOOH-NiOOH薄膜的光电流高近27倍；在紫外-可见光照下，光电流高近了18倍。此外，本实施案例制备的催化薄膜在可见光条件下对苯酚的降解率为71.6％。
Claims (7)
1.一种带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下制备方法：
(1)以含Fe2+的前驱体溶液作电解液、以洁净的导电玻璃为工作电极、石墨电极为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极进行电沉积，待电沉积后的工作电极自然晾干后进行恒温煅烧得Fe2O3薄膜；步骤(1)中电沉积温度为50～90℃，电沉积电压为1～2V，电沉积时间为0.5min～10min；
(2)以经除氧预处理的含Fe2+的前驱体溶液为电解液、所述Fe2O3薄膜为工作电极、钛片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极进行循环伏安沉积，待循环伏安沉积后的Fe2O3薄膜自然晾干得Fe2O3-FeOOH催化薄膜；
步骤(2)中循环伏安沉积扫描圈数为1～10圈，扫描速度为5～100mV/s，扫描范围0V-2V；
(3)以含Ni2+的前驱体溶液作电解液、所述Fe2O3-FeOOH催化薄膜为工作电极、钛片为对电极、Ag/AgCl电极作为参比电极进行循环伏安沉积，待循环伏安沉积后的Fe2O3-FeOOH催化薄膜自然晾干即得；
步骤(3)中循环伏安沉积扫描圈数为1～10圈，扫描速度为5～100mV/s，扫描范围0-2V。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中含Fe2+的前驱体溶液为溶有FeCl2·4H2O的乙二醇溶液，其中Fe2+摩尔浓度为0.01M～0.04M，乙二醇溶液中乙二醇与蒸馏水的体积比为1:5～1:12。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中恒温煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1～5h。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中含Fe2+的前驱体溶液为溶有FeSO4·7H2O的醋酸盐缓冲溶液，其中Fe2+摩尔浓度为0.5mM～2mM。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中含Ni2+的前驱体溶液为NiSO4·4H2O的水溶液，NiSO4·4H2O的水溶液的pH为6.5～7.2；NiSO4·4H2O的水溶液中Ni2+的摩尔浓度为0.05M～0.2M。
6.一种如权利要求1～5任一权利要求所述制备方法制备得到的带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜。
7.一种如权利要求6所述带有双重助氧催化层的可见光催化薄膜在处理含酚废水中的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180316 Termination date: 20181229 |
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