[发明专利]一维缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及光阳极的制备方法和使用方法，具体涉及一维缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极及其制备方法与应用。其制备方法为，采用水热法将铁盐和尿素合成Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;纳米棒，将Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;纳米棒在氢气氛围下加热至300～450℃进行热处理，即得。本发明提供的可见光阳极能够拓宽催化剂的光吸收范围，提升光生电子和空穴对分离效率进而提高光电催化水氧化动力学效率。

技术领域

本发明涉及光阳极的制备方法和使用方法，具体涉及一维缺陷型氧化铁(Fe₂O₃)纳米棒可见光阳极及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当今世界面临着能源短缺的危机，环境问题已经成为人类文明进一步发展的障碍。在解决能源问题上，半导体光催化是近些年发展起来的，其光电催化分解水制氢是一个非常有前途的技术。在众多半导体光阳极中，Fe₂O₃作为一种过渡金属氧化物，典型的可见光响应型光催化剂，具有可调节的带隙和较宽的光吸收范围的优势，使得近年来在光电催化领域得到了广泛的应用。在可见光范围内对太阳能的有效光学吸收也使得Fe₂O₃成为一种有前途的、环保且可见光驱动的用于清洁能量转换光催化剂。Fe₂O₃在光电催化制氢方面有很大的优势，但是，本发明的发明人研究发现，现有Fe₂O₃存在水氧化动力学效率低的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一维缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极及其制备方法与应用，本发明提供的可见光阳极能够提升光生电子和空穴对分离效率进而提高光电催化效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种一维缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极的制备方法，采用水热法将铁盐和尿素合成Fe₂O₃纳米棒，将所述Fe₂O₃纳米棒在氢气氛围下加热至300～450℃进行热处理，即得。

本发明首先采用水热法将铁盐和尿素合成Fe₂O₃纳米棒，获得的Fe₂O₃纳米棒为阿尔法相(α-Fe₂O₃)，本发明通过实验发现，当采用氢气在300～450℃对Fe₂O₃纳米棒进行热处理后，随着温度的升高Fe₂O₃纳米棒的晶相发生了从阿尔法相(α-Fe₂O₃)到伽马相(γ-Fe₂O₃)的转变，从而增加光电流密度，而当氢气在450℃处理时，γ-Fe₂O₃纳米棒的比表面积变小，降低其性能，而当氢气在450℃以上处理时，会导致Fe₂O₃纳米棒分解，从而无法获得Fe₂O₃纳米棒。

另一方面，一种缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极，由上述制备方法获得。

第三方面，一种上述缺陷型氧化铁纳米棒可见光阳极在光电催化分解水制氢气中的应用。

第四方面，一种光电催化分解水制备氢气的方法，向含有水和氢氧化钾电解液的体系中加入上述缺陷型氧化铁纳米棒，进行光照处理。

本发明的有益效果为：