[发明专利]一种表面羟基化氧化铁薄膜光阳极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种表面羟基化氧化铁薄膜光阳极材料的制备方法，具体为：1)以无机铁盐和硝酸钠为原料，FTO导电玻璃为基底，40‑180℃恒温水热反应1‑8h，之后水洗，干燥，550‑850℃煅烧5‑120min，即得氧化铁薄膜电极；2)采用低温等离子清洗机处理氧化铁薄膜，引入空气、氧气、氩气或者氮气中的一种作为反应性气体，控制等离子体处理时间为1‑5000s、功率为5‑300W，气体流量为200‑520ml/min。本发明制备过程简单易行，成本低廉，效率高。所制备表面羟基化氧化铁薄膜光电催化水分解性能优异，氢气产量大幅提升，在未来新能源材料领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种表面羟基化氧化铁薄膜光阳极材料的制备方法，属于新能源材料技术领域，更加具体的是本发明利用等离子技术处理氧化铁薄膜电极表面，使其表面引入活性羟基基团，被处理后的氧化铁薄膜光电催化水分解的起始电位负移，氢气产率大幅提升，载流子复合效率降低，界面空穴转移速率提高。

背景技术

能源危机与环境污染是人类可持续发展面临的主要挑战。开发可替代化石能源的新型清洁能源吸引了各国政府的重视。氢能是一种清洁的能源，有望替代化石能源而成为下一代能源的最佳选择。发展高效、清洁和低成本的产氢装置是利用氢能的首要关键技术问题。在电能的协助下，利用半导体吸收太阳能将水分解为氢气和氧气，是人类解决能源危机，实现可持续发展的理想选择。但是，目前半导体光电催化水分解效率较低，无法满足实际应用的需求。

在各种半导体光电极材料中，赤铁矿Fe₂O₃材料由于其廉价，良好的光电化学稳定性和良好的光吸收带隙而被广泛用作光电化学水分解的电极材料。特别地，Fe₂O₃在自然界的储量丰富，已成为最具应用前景的光电极材料。但是，目前报道的赤铁矿光阳极的电流密度远低于基于其带隙能量计算的理论值，主要是因为该材料电荷传输距离短、表面复合严重以及电荷转移动力学缓慢。近年来，研究者开发了多种多样的策略与途径来提高Fe₂O₃材料的活性，比如，掺杂金属和非金属元素、构建异质结、纳米化或者表面改性。在这些改性方法当中，人们发现促进空穴传输是提高Fe₂O₃材料光电催化活性的有效途径。例如，在Fe₂O₃材料表面负载电催化剂或者空穴转移助催化剂往往都能提高Fe₂O₃材料的光电流。但是，这些改性方法往往涉及到剧烈的化学反应，增加了改性过程的复杂性和成本，不利于Fe₂O₃材料的大范围生产。而且，这些改性过程可能改变Fe₂O₃自身的物理化学性质和表面特性，使得人们难以区分Fe₂O₃活性提升的真实原因，因而难以指导高效Fe₂O₃材料的设计合成。因此，开发一种简单高效的Fe₂O₃材料改性方法依然困难重重。