[发明专利]一种Zn-MOF修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法

说明书

一种Zn‑MOF修饰的α‑三氧化二铁薄膜的制备方法。步骤如下：将表面清洗后的FTO导电玻璃浸没于铁盐和硝酸钠混合溶液中，放置于密封的反应釜中，经烘箱烘干后，冷却至室温取出FTO导电玻璃；在马弗炉中焙烧，得到α‑三氧化二铁薄膜；在三氧化二铁薄膜表面旋涂锌盐溶液，放在加热板上加热；然后浸泡于2‑甲基咪唑溶液中，最后用去离子水进行冲洗，再放在加热板上加热，得最终产品。本发明制备工艺简单、原料低廉、操作容易、制备成本低且清洁无污染；制得的Zn‑MOF修饰的α‑三氧化二铁薄膜，起始电压更低，表面态得到钝化，降低了电子与空穴对复合的几率，提高了纳米三氧化二铁薄膜的光电催化分解水性能，有望在工业生产领域得到应用。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及三氧化二铁薄膜的制备方法，尤其是涉及一种Zn-MOF修饰的α-三氧化二铁薄膜的制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的基础。自从人类社会进入21世纪以来，全球对能源的需求量随着世界经济的不断发展呈现出持续增长的趋势。随着能源危机的出现以及传统能源利用过程中所伴随的环境污染问题的日趋严重，寻找清洁的可再生能源已经成为世界各国共同关注的焦点议题和亟待解决的重要问题。

由于太阳能可再生，清洁无污染以及蕴藏量巨大等诸多优点，所以太阳能的有效利用是解决不断增加的能源需求和日益严重的环境污染这一矛盾最具潜力的能源解决方案。光解水过程是利用太阳光子将水分子分解成氢气和氧气，即将光子能量以氢气这种能量形式储存起来，实现了将太阳能转变为化学能，这是一种非常有前景的绿色可再生能源转化方法，是从根本上解决能源以及环境污染的理想途径。自从1972年Fujishima等首次发现单晶TiO₂电极上能够光催化分解水产生氢气和氧气之后，半导体光催化迅速受到各国环境能源研究者的关注，他们为半导体光催化分解水制氢开创了先河。但其禁带宽度较宽(金红石型3.0eV),只能吸收利用太阳光紫外光部分，然而紫外光只占太阳光能量4％左右，可见光(400-760nm)却占太阳光能量的43％。因此开发禁带宽度较窄的可见光催化剂也引起了广泛的研究兴趣。其中，α-氧化铁以禁带宽度小(约为2.2eV)，资源丰富，环境污染小，稳定性卓越等优势成为目前最有潜力的光催化剂之一。由于α-氧化铁的价带高于水的放氧电势但导带低于产氢电势，所以α-氧化铁具有光催化氧化水的产氧能力，却不具有还原H⁺放出H₂的能力。但是可以通过引入微弱外部电压辅助电子转移将水还原产生氢气，即光电催化分解水制氢体系。但是，纳米α-三氧化二铁存在空穴传输距离短、导电性差，表面态大量存在导致电子空穴复合几率高等缺点，限制了其光解水的效率。针对以上问题，目前，主要的解决方法是，一方面通过掺杂钛、锡、硅等元素提高纳米ɑ相三氧化二铁薄膜的导电性，便于空穴传输，提高光电流。另一种改进方法是通过表面催化剂RuO₂，IrO₂Co-Pi对氧化铁表面进行修饰提高表面产氧动力学，或者利用ALD原子层沉积法形成表面钝化层如Al₂O₃Ga₂O₃,降低表面态浓度，减少电荷复合几率，从而提高光电流。以上方法主要问题是，一方面贵金属材料价格昂贵，另一方面操作过程设备要求较高比如ALD原子层沉积法，导致整体制备成本较高。

发明内容