[发明专利]一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF3

说明书

本发明公开了一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α‑FeOOH光催化剂及其制备方法，制备方法是将硝酸铈、硝酸铁和氟化铵完全溶解于水中得到混合溶液，在200～280℃下高温水热反应，得到无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α‑FeOOH光催化剂。所得光催化剂为晶态CeF₃和非晶态α‑FeOOH的混合态，晶态CeF₃和非晶态α‑FeOOH的界面处表现为类金‑半接触。其中α‑FeOOH具有高度的非晶态，与晶态CeF₃形成类似肖特基结的非晶态‑晶态界面接触，有利于电子的分离和迁移，促进光催化反应的进行。同时，非晶态的α‑FeOOH可存储电子，使得在全光谱光催化产氧过程中无需额外添加牺牲剂即可分解水产生氧气。本发明操作简单，所述的CeF₃/α‑FeOOH光催化剂产氧性能佳、稳定性好。

技术领域

本发明属于半导体光催化水分解技术领域，具体涉及一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α-FeOOH光催化剂及其制备方法。

背景技术

半导体光催化分解水产生氢气和氧气是目前为了解决能源危机、提供可在生清洁能源的重点研究方向之一。为了追求高效的产氢或者产氧效率，各种牺牲剂在分解水过程中被使用，以降低光催化直接分解水所需越过的能垒。Co、Ni、Fe基过渡金属半导体化合物在光催化分解水产氢和产氧领域得到了广泛的关注和开发，特别是Co、Ni、Fe基的羟基氧化物因其优异的电子传导性质，在电解水领域具有出色的性能表现，也逐渐开始被用于与传统光催化剂复合进行光催化分解水产氢或者产氧。

利用牺牲剂分解水产氢或者产氧一直以来都被认为并不是完全的分解水过程。近几年有文献报道了一些无牺牲剂条件下产氢或产氧材料。Xu等合成了一种Ag₃PO₄/MXene化合物，利用二维的MXene充当电子池实现无牺牲剂产氧。 Guan等合成了类似的Si/MgTiO₃异质结催化剂，Si可以存储一定的电子，实现在纯水中可以无牺牲剂单独产氢。类似的电子池部分材料以层状结构的导电材料为主，通过复杂的方法进行复合。上述研究都为无牺牲剂条件下产氢或产氧材料提供了一种思路。本发明所制备得到的CeF₃/α-FeOOH光催化剂产氧效率高，制备方法简单，为无牺牲剂光催化高效分解水产氧提供了材料基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α-FeOOH光催化剂及其制备方法，所得光催化剂能在全光谱光照下无牺牲剂的高效分解水产氧。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α-FeOOH光催化剂，所述光催化剂为晶态CeF₃和非晶态α-FeOOH的混合态，晶态CeF₃和非晶态α-FeOOH的界面处表现为类金-半接触。

作为优选，所述光催化剂在全光谱光照射下无需牺牲剂即可产氧，同时无除氧气外的其他气体产生。

第二方面，本发明提供了一种无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α-FeOOH光催化剂的制备方法，具体如下：

将硝酸铈、硝酸铁和氟化铵完全溶解于水中得到混合溶液，在200～280℃下高温水热反应，得到无牺牲剂的全光谱产氧CeF₃/α-FeOOH光催化剂。

作为优选，所述硝酸铈和氟化铵的混合摩尔比为1：(4-8)。

作为优选，所述混合溶液中Ce³⁺和Fe³⁺的摩尔比为1：(4.0～8.0×10^-3)。

作为优选，所述高温水热反应的反应时间为至少10h。