[发明专利]一种Fe2

说明书

本发明涉及一种Fe₂O₃/MXene光阴极及其制备方法和应用。该Fe₂O₃/MXene光阴极包括衬底和依次负载在衬底上的Fe₂O₃薄膜和Mxene薄膜；所述Mxene薄膜的厚度为0.9～1.3μm。本发明提供的Fe₂O₃光阴极具有可见光响应等优点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及制氢催化剂技术领域，特别涉及一种 Fe₂O₃/MXene光阴极及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的进步和全球工业的发展，石油、煤矿等一次化石能源供需紧缺形势日益严峻，能源问题成为世界各国可持续发展道路上的难题之一，寻找一种可再生、可循环利用的清洁能源迫在眉睫，氢能的可再生性及无污染的燃烧过程使其在清洁能源中脱颖而出。化石燃料制氢和光催化产氢是目前制氢的主要方法，但是这两种技术均需要消耗额外的物质来达到目的，而光解水技术由于可直接利用太阳能制氢能备受关注，成为了缓解能源危机和环境污染最有应用价值的技术之一。

光解水技术需要制备光阴极材料，众所周知，Fe₂O₃为可持续的太阳能收集提供了令人鼓舞的方法

(Annamalai A,Subramanian A,Kang U,et al.Activation of HematitePhotoanodes f or Solar Water Splitting:Effect of FTO Deformation[J].Journalof Physical Chemistry C,2015,119(7):3810-3817.)。然而，由于扩散长度短和光子吸收后电荷分离效率低而引起的快速电荷重组限制了其广泛应用。

因此，开发一种光电催化效率高的Fe₂O₃光阴极来拓展其应用具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有Fe₂O₃光阴极扩散长度短，光子吸收后电荷分离效率低的缺陷或不足，提供一种Fe₂O₃/MXene光阴极。本发明提供的Fe₂O₃光阴极具有可见光响应等优点，光电流密度、光生载流子的运输效率高，光解水产氢效率高；且原料廉价易得。

本发明的另一目的在于提供上述Fe₂O₃/MXene光阴极的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述Fe₂O₃/MXene光阴极在光电化学领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种Fe₂O₃/MXene光阴极，包括衬底和依次负载在衬底上的Fe₂O₃薄膜和Mxene薄膜；所述Mxene薄膜的厚度为0.9～1.3μm。

Mxene材料是一种二维材料，该材料可为离子的运动提供了更多的通道，大幅度提高了离子运动的速度，它有着过渡金属碳化物的金属导电性。

本发明以衬底上负载的Fe₂O₃薄膜作为支撑载体，然后负载Mxene薄膜， Mxene材料可改善Fe₂O₃薄膜的短孔扩散长度(2-4nm)，显现出不错的光敏性，进而增强光电化学性质，消除了Fe₂O₃的膜层结构的局限性，提高了光阴极内的光生载流子的运输效率和光解水产氢效率。