[发明专利]一种无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化技术领域，公开一种无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用。所述的复合光催化剂是将氯化铁前驱液超声至完全溶解后于100～180℃进行水热反应，在导电基底上制得三氧化二铁薄膜，该薄膜经水洗和保护气体干燥后，升温至400～600℃烧结，再在650～800℃热处理Ⅰ，将热处理的三氧化二铁薄膜浸泡在无定型氧化钴前驱液中，最后在空气或氧气气氛下，经紫外光照射后在90～150℃热处理Ⅱ制得。该复合光催材料具有更好的光吸收能力、光生电子转移、水氧化能力和催化性能，可用于光催化制氢、光催化降解有机污染物。

技术领域

本发明属于光催化制氢技术领域，更具体地，涉及一种无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球化石能源的大力开发和利用以及工业技术的快速发展，也带来了能源匮乏和环境污染的问题。利用丰富的清洁的太阳能作为能量来源的光催化制氢技术和光催化降解技术是解决能源及环境两大问题的最理想的技术方案。光催剂中无机光催化剂由于其化学稳定性好、无二次污染、可回收再利用等实质性的优点是目前应用非常广泛的光催化剂。目前，大部分无机光催化剂中的金属氧化物或非金属氧化物纳米材料多是结晶态的，非晶态氧化物的研究相对还是非常少的。

非晶态金属氧化物通常以金属基有机化合物通过热解或光解破坏其内部键合结构获得，非晶态金属氧化物也被证明是性能优异的水氧化活性助催化剂。钴基助催化剂用于修饰半导体光催化时有报道，一些钴氧化物表现出非常优异的水氧化活性，但无定型氧化物的研究相对较少。无定型氧化钴属于非晶态金属氧化物，可以与绝大部分金属氧化半导体光催化剂结合提供其光催化性能；无定型氧化钴还具有非常良好的化学稳定性、导电性、覆盖包裹性能，可作为化学稳定性不强的材料，如钙钛矿，的外层包裹材料，从而提高其在水、氧氛围下的化学稳定性。利用紫外光在三氧化二铁薄膜上沉积无定型氧化钴，用于改善三氧化二天在水中氧的光催化释放。

众所周知，半导体光催化的光催化性能受材料、形貌、稳定性等多种因素影响。结晶态半导体光催化的光催化性能常受其晶体粒径所限制，光催化材料晶体粒径越大，其比表面积越小，无法暴露更多的活性位点；光生载流子转移路程也越长，不利于光生载流子的转移；大粒径存在更多缺陷，造成光生电子-空穴对的复合，从而降低半导体光催化剂的光催化性能等。因为结晶态半导体光催化的诸多缺陷，这里，本发明提供一种简单的无定型(即非晶态)氧化钴的制备及用无定型氧化钴修饰三氧化二铁光阳极用于制氢，由于电极制备在平板导电玻璃上面，还可以在光照基础上施加外部电压，增强光生电子的转移，光电化学催化能达到更高的催化效率。

三氧化二铁，具有非常理想的禁带宽度(Eg＝2.1eV)，根据公式Eg＝1240/λ，可以知道三氧化二铁的可见光吸收边缘为590nm，即可以响应大部分可见光(地面接收的太阳光大部分能量集中于可见光区域)，三氧化二铁无毒、化学稳定性非常好，且在全球储备量非常丰富，是一种非常理想的光催化材料。但三氧化二铁也有缺陷，它的光生载流子迁移率很低(约0.1cm²/VS)，光生电子-空穴对复合率高，导致其实际光催化性能远达不到理论值。目前，关于合成三氧化二铁薄膜的方法有很多，包括：胶体溶液沉积法、超声波喷雾热解法、APCVD法，水热沉积法等。相对来说，相同条件下水热合成法制备的光阳极具有更好的光电流。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明首要目的在于提供一种无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂的制备方法。该方法简单快捷，且性能良好、环境友好。

本发明的再一目的在于提供上述无定型氧化钴/三氧化二铁复合光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：