CN113089020B - Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用 - Google Patents

Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113089020B
CN113089020B CN202110386834.0A CN202110386834A CN113089020B CN 113089020 B CN113089020 B CN 113089020B CN 202110386834 A CN202110386834 A CN 202110386834A CN 113089020 B CN113089020 B CN 113089020B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fepo
photoelectrode
film
thin film
phosphate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110386834.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113089020A (zh
Inventor
陶然
王茜
刘亚靖
张明怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liaoning University
Original Assignee
Liaoning University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liaoning University filed Critical Liaoning University
Priority to CN202110386834.0A priority Critical patent/CN113089020B/zh
Publication of CN113089020A publication Critical patent/CN113089020A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113089020B publication Critical patent/CN113089020B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

本发明涉及Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用。制备方法如下：将适量FePO4粉末分散于含I2的丙酮中，超声震荡得电泳沉积悬浮液；将两个面积相等的透明导电玻璃面对面相互平行浸入电泳沉积悬浮液中，电沉积制备FePO4光电极薄膜；将所得FePO4光电极薄膜于Co(OH)2水溶液中浸渍处理，得Co(OH)2/FePO4光电极薄膜。利用本发明的方法制备的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，能够使得电子空穴对有效分离，降低电子空穴的复合率，进而可以有效的提高光电化学性能，达到高效地分解水的目的。

Description

Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用
技术领域
本发明属于光电化学技术领域，提出了一种新的光电极材料Co(OH)2/FePO4的制备方法及其在光电化学水分解中应用。
背景技术
化石燃料储量有限，环境问题日益突出，解决环境污染和能源短缺的光电化学电池已成为人们关注的焦点。光电化学分解水制氢将太阳能转换成可储存的化学能，是21世纪解决环境和能源问题的主要手段。
在之前的研究中磷酸铁主要作为锂离子电池的嵌入电极。然而，随着材料工程师克服了电导率问题，近年来其作为电极材料使用越来越普遍。由于FePO4制备简单、较易循环利用，是电动汽车电池的理想电极材料。但纯FePO4的光电流较弱，作为光电极分解水的能力较差，为了改善FePO4的问题，研究者们做了很多努力。《Journal of Alloys andCompounds》报导FePO4并对LiNi0.80Co0.15Al0.05O2阴极材料进行表面改性；《ACS AppliedEnergy Materials》报导非晶态FePO4纳米片钠存储性能的增强；《Journal of SolidState Chemistry》报导采用先进液相沉淀法制备高纯磷酸铁及其增强性能。这些主要是通过从制备方法上改变FePO4的光电化学性能，而从掺杂、复合、助催化剂处理的方式改善FePO4的光电化学性能的研究较少。
发明内容
本发明的目的在于提出Co(OH)2/FePO4光电极薄膜的制备方法。该方法具有制备方法简单、操作方便，实验条件易控制等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，制备方法包括如下步骤：
1)将铁盐和磷酸盐分别溶于去离子水中后混合，用碱性溶液调节所得混合溶液的pH，搅拌下，水浴加热，离心，过滤，烘干后，高温煅烧，得FePO4粉末；将适量的FePO4粉末分散于含I2的丙酮中，超声震荡，得电泳沉积悬浮液；
2)将两个面积相等的透明导电玻璃(FTO)作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入步骤1)获得的电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加一定的直流电压，设定沉积时间，切断电流，将两电极从悬浮液中取出，在室温下晾干，得FePO4光电极薄膜；
3)将步骤2)所得FePO4光电极薄膜于Co(OH)2水溶液中浸渍处理，得Co(OH)2/FePO4光电极薄膜。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤1)中，所述铁盐为九水合硝酸铁或六水合三氯化铁。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤1)中，所述磷酸盐为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤1)中，按摩尔比，铁盐:磷酸盐＝1:1-1.5。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤1)中，所述碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，调节混合溶液的pH至1.8-2.3。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤1)中，所述水浴加热是，水浴温度为70-90℃，加热时间为2-3h；所述高温煅烧是，500-800℃下煅烧4-6h。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤2)中，所述直流电压为25V，沉积时间为1-5min。
优选的，上述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，步骤3)中，浸渍处理1-3h。
本发明提供的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜在光电化学水分解中应用。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜更容易使光生电子-空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能。
2.本发明提供的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜在可见光下光电流密度是纯FePO4的4.65倍左右。
3.本发明提供的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜的制备方法，其原料廉价易得，操作简单方便，极大程度降低了成本，为水的分解提供新的催化材料，缓解当今的环境能源紧张的局势，有很好的发展前景。
附图说明
图1为实施例1制备的纯的FePO4粉末的XRD图。
图2为实施例2制备的Co(OH)2粉末的XRD图。
图3为实施例1制备的FePO4光电极薄膜与实施例2制备的Co(OH)2/Fe2O3光电极薄膜光电流的对比图。
图4为实施例1制备的FePO4光电极薄膜与实施例2制备的Co(OH)2/Fe2O3光电极薄膜阻抗图谱的对比图。
具体实施方式
实施例1 FePO4光电极薄膜
(一)FePO4粉末的制备
将1.212g九水合硝酸铁与0.685g磷酸氢二钾分别溶于15mL的去离子水中后混合，充分搅拌后，用0.5M KOH滴定，调节混合溶液的pH＝2。
所得体系在水浴锅80℃恒温搅拌2h，静置2h后离心、洗涤，过滤后，放入烘箱80℃干燥4h，得到FePO4的前驱物。
将FePO4的前驱物放在马弗炉中600℃煅烧6h，冷却到室温后进行研磨，得到n型光电极材料FePO4粉末。
将得到的FePO4粉末进行XRD测试，结果如图1所示，样品在20.4°、25.9°、35.7°、38.1°、39.2°、41.5°、48.5°、52.3°、58.4°有九个明显衍射峰，为FePO4的特征峰，纯FePO4光电极样品的衍射峰与磷酸铁标准卡的峰谱完全一致，说明成功制备纯FePO4光电极材料。
(二)FePO4光电极薄膜的制备
取0.06g FePO4粉末置于25mL丙酮液中，密封超声90min至溶液分散均匀，向得到的均匀分散液中加入0.012g I2，密封超声震荡30min，得到电泳沉积悬浮液；
将两个面积相等的透明导电玻璃(FTO)作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加25V的直流电压，沉积5min；切断电流，将电极从电泳沉积悬浮液中取出，在室温条件下晾干，得FePO4光电极薄膜。
实施例2 Co(OH)2/FePO4光电极薄膜(一)Co(OH)2粉末的制备
将0.3569g六水合氯化钴至于玛瑙研钵中研磨30min后，加入0.12g氢氧化钠，继续研磨5min，然后加入去离子水反复洗涤、离心至pH＝7后放入烘箱中，80℃干燥8h，得Co(OH)2粉末。
将得到的Co(OH)2粉末进行XRD测试，结果如图2所示，从图2中可以看出该粉末的衍射峰与氢氧化钴标准卡的峰谱完全一致，说明成功制备纯Co(OH)2。
(二)Co(OH)2/FePO4光电极薄膜的制备
将得到的Co(OH)2粉末溶于30mL去离子水中，然后将实施例1制备的FePO4光电极薄膜放入Co(OH)2溶液中浸渍2h，得Co(OH)2修饰的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜。
实施例3应用
分别将实施例1、实施例2制备的FePO4光电极薄膜和Co(OH)2/FePO4光电极薄膜进行光电流和阻抗的光电化学性能测试。
所有电化学实验测试过程都在三电极体系的电化学工作站(Princeton AppliedResearch2273)中进行。FePO4光电极薄膜或Co(OH)2/FePO4光电极薄膜作为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，电解液为0.5M硫酸钠，样品光照射面积为1cm2。
光电流测试：光源为300W氙灯，偏压为1.23V vs.RHE，测得结果如图3所示，结果显示，Co(OH)2/FePO4光电极薄膜的光电流密度大于纯FePO4光电极薄膜，说明负载Co(OH)2后光电化学性能有所改善。
电化学阻抗谱(EIS)测试：固定电压为0V vs.Voc，频率范围是0.1-105Hz。测得结果如图4所示，负载Co(OH)2后的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜样品，阻抗相对较小，光电流最大，与图3相符合。

Claims (9)

1.Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，所述Co(OH)2/FePO4光电极薄膜的制备方法包括如下步骤：
1)将铁盐和磷酸盐分别溶于去离子水中后混合，用碱性溶液调节所得混合溶液的pH，搅拌下，水浴加热，离心，过滤，烘干后，高温煅烧，得FePO4粉末；将适量的FePO4粉末分散于含I2的丙酮中，超声震荡，得电泳沉积悬浮液；
2)将两个面积相等的透明导电玻璃FTO作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入步骤1)获得的电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加一定的直流电压，设定沉积时间，切断电流，将两电极从电泳沉积悬浮液中取出，在室温下晾干，得FePO4光电极薄膜；
3)将步骤2)所得FePO4光电极薄膜于Co(OH)2水溶液中浸渍处理，得Co(OH)2/FePO4光电极薄膜。
2.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述铁盐为九水合硝酸铁或六水合三氯化铁。
3.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述磷酸盐为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
4.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，按摩尔比，铁盐:磷酸盐＝1:1-1.5。
5.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，调节混合溶液的pH至1.8-2.3。
6.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述水浴加热是，水浴温度为70-90℃，加热时间为2-3h；所述高温煅烧是，500-800℃下煅烧4-6h。
7.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述直流电压为25V，沉积时间为1-5min。
8.如权利要求1所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜，其特征在于，步骤3)中，浸渍处理1-3h。
9.权利要求1-8任意一项所述的Co(OH)2/FePO4光电极薄膜在光电化学水分解中应用。
CN202110386834.0A 2021-04-12 2021-04-12 Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用 Active CN113089020B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110386834.0A CN113089020B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110386834.0A CN113089020B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113089020A CN113089020A (zh) 2021-07-09
CN113089020B true CN113089020B (zh) 2023-05-30

Family

ID=76676160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110386834.0A Active CN113089020B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113089020B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114737217B (zh) * 2022-02-23 2023-11-10 辽宁大学 一种Bi2MoO6/CuO光电极薄膜及其制备方法和在光电化学水分解中的应用
CN114592212A (zh) * 2022-03-09 2022-06-07 辽宁大学 一种异质结MoO3/ZnO光电极薄膜的制备方法及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079031A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Toin Gakuen 光充電可能な二次電池及び電気化学キャパシタ
CN109504981A (zh) * 2018-12-17 2019-03-22 常州大学 一种钴氧氧氢修饰磷掺杂氧化铁光阳极的制备方法
CN109518206A (zh) * 2018-12-06 2019-03-26 苏州大学 一种钼修饰氧化铁光电极的制备方法及表面改性方法
CN110247138A (zh) * 2019-06-19 2019-09-17 东北大学 一种光充电水系铝硫电池
CN110759644A (zh) * 2019-10-16 2020-02-07 许昌学院 一种用废弃磷酸铁锂电池合成磷酸铁和氧化铁薄膜的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079031A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Toin Gakuen 光充電可能な二次電池及び電気化学キャパシタ
CN109518206A (zh) * 2018-12-06 2019-03-26 苏州大学 一种钼修饰氧化铁光电极的制备方法及表面改性方法
CN109504981A (zh) * 2018-12-17 2019-03-22 常州大学 一种钴氧氧氢修饰磷掺杂氧化铁光阳极的制备方法
CN110247138A (zh) * 2019-06-19 2019-09-17 东北大学 一种光充电水系铝硫电池
CN110759644A (zh) * 2019-10-16 2020-02-07 许昌学院 一种用废弃磷酸铁锂电池合成磷酸铁和氧化铁薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113089020A (zh) 2021-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107887592B (zh) 碳包覆ZnO纳米线及其制备方法和应用
CN111573731A (zh) 水系锌离子电池钒基正极材料及其制备方法与应用
CN105040025A (zh) 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法
CN113089020B (zh) Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用
CN112563586B (zh) 一种基于卤键作用提升锌碘电池性能的方法
CN105140494B (zh) 一种Fe3O4/Fe/C纳米复合电池电极材料的仿生合成方法
Gao et al. Methanothermal reduction of mixtures of PbSO4 and PbO2 to synthesize ultrafine α-PbO powders for lead acid batteries
CN103531827B (zh) 一种提高液流电池正极石墨毡电化学活性的方法
CN111696788B (zh) 一种染料敏化太阳能电池用对电极材料及其制备方法
CN106981650B (zh) 一种纳米级单质铋的制备方法
CN113481546B (zh) 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置
CN113998692A (zh) 石墨烯量子点及其制备方法、含有其的电解液及该电解液在锌离子电池中的应用
CN112467077A (zh) 有效增强多种过渡金属氧化物储电性能的普适性电化学改性制备方法
CN114560508B (zh) 一种用于超级电容器的复合催化剂及其制备方法和应用
CN114855205B (zh) 一种多级结构的三元金属硫化物三维电极的制备方法
CN114941160B (zh) 一种IrOx@Ir复合铱基催化剂及其制备方法
CN110217771A (zh) 一种焦磷酸锰聚阴离子型锂电池负极材料及其制备方法
CN113415811B (zh) 一种亚铁氰化物的制备方法及其在液流电池中的应用
CN113659156A (zh) 一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池及其制备方法
CN114592212A (zh) 一种异质结MoO3/ZnO光电极薄膜的制备方法及其应用
CN114507877A (zh) 一种以石墨氮化碳为基底材料的光电极薄膜的制备方法和应用
Long et al. Glucose-derived porous carbon as a highly efficient and low-cost counter electrode for quantum dot-sensitized solar cells
CN109872877B (zh) 一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极及其制备方法
CN112909384A (zh) 一种氧化铜光电极及其新型太阳能铁空气电池
CN114447386A (zh) 一种全钒液流电池电解液的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant