[发明专利]一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法

说明书

本发明属于光电材料及催化领域，具体涉及一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法，包括以下步骤：S1.配置α‑Fe₂O₃生长液，所述生长液包括三价铁盐和辅助剂，所述生长液中Fe³⁺浓度为0.15~0.3M；所述辅助剂为硝酸钠或尿素；S2.将导电基底浸入所述生长液中，在95~100℃条件下，反应4~12h；S3.配置锆钛酸铅前驱体溶液；S4.将步骤S3制备的前驱体溶液旋涂于步骤S2处理之后的导电基底上；S5.将步骤S4旋涂之后的导电基底煅烧。本发明制备的光阳极，改善了赤铁矿光生电子空穴复合较快的问题，提高了其光电催化性能和稳定性，能够更好的应用到催化产氢上。

技术领域

本发明属于催化领域，具体涉及一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法。

背景技术

在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能作为一种用之不竭的清洁能源已成为人类使用能源的重要组成部分，然而太阳能的分散性和不稳定性使得其利用效率偏低。另一方面氢气具有很高的燃烧热值，且燃烧后的不会产生污染物，所以氢气被誉为是世界上最绿色的能源之一。因此太阳能光（电）催化分解水制氢是解决目前能源短缺与环境污染问题的理想途径之一。

赤铁矿（氧化铁α-Fe₂O₃）作为一种窄带隙（~2.1eV）n型半导体，具有较强的紫外以及可见光吸收能力，且其本身优异的稳定性以及成本低廉等优点，作为一种光阳极材料受到科学家的广泛关注。然而，赤铁矿同时具有导电性差、光生载流子复合严重，较慢的表面析氧动力学等缺陷，严重限制了其制氢效率。

发明内容

本发明针对目前水热法制取的单纯赤铁矿光阳极在光照后产生的光生载流子复合严重的问题，在单纯的赤铁矿纳米棒上，通过简单的旋涂过程，在其表面负载了一层锆钛酸铅薄膜；由于锆钛酸铅是铁电材料，在赤铁矿纳米棒受到光激发产生电子和空穴后，锆钛酸铅薄膜本身的内在电场会影响赤铁矿内的电荷分布，使得电子和空穴在空间上分离，抑制其复合，从而提高光解水的效率；所述锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒复合光阳极表现出了更优异的稳定性及光催化产氢性能。

本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供了一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法。

本发明的另一个目的在于，提供上述光阳极的制备方法所制备的光阳极。

本发明的另一个目的在于，提供上述光阳极在光电催化分解水产氢中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法，包括以下步骤：

S1.配置α-Fe₂O₃生长液，所述生长液包括三价铁盐和辅助剂，所述生长液中Fe³⁺浓度为0.15~0.3M；所述辅助剂为：浓度为1~2M的硝酸钠或浓度为0.1~0.2M的尿素；

S2.将导电基底浸入所述生长液中，在95~100℃条件下，反应4~12h，在导电基底上生成FeOOH薄膜；

S3.配置锆钛酸铅前驱体溶液，所述前驱体溶液的溶质由浓度为三水合醋酸铅、正丁醇锆、钛酸四丁酯按照摩尔比为1.1: x:（1-x），0.1≤x≤0.4，所述溶剂为甲醇或乙二醇甲醚；

S4.将步骤S3制备的前驱体溶液旋涂于步骤S2基底上形成的FeOOH薄膜上；

S5.将步骤S4旋涂之后的导电基底在550~750℃下煅烧120~300min。

上述步骤S1中生长液采用水作为溶剂。