[发明专利]一种在导电基底上制备Fe2O3纳米管阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备领域，尤其涉及在导电基底上制备Fe₂O₃纳米管阵列的方法。 

背景技术

Fe₂O₃是一种窄带隙半导体（E_g=1.9~2.0eV），在光电催化分解水、锂离子电池、气体传感等领域具有广泛的应用价值（Nano Letter,2011,11,3503;Advanced Materials,2005,17,2993.）。在光催化分解水领域，Fe₂O₃的主要局限在于其很差的导电性、短的光生载流子寿命，以及非常短的载流子有效收集长度（几纳米量级），这导致Fe₂O₃内产生的大部分光生载流子都会因体相复合而损失掉，从而不能传输到Fe₂O₃/电解液界面参与光解水反应（Chemsuschem,2011,4,432.）。研究证明，纳米管阵列具有很好的减反射作用，可提高总的光吸收；其次，纳米管阵列中光生载流子的收集长度仅为纳米管管壁的厚度，大大缩短了光生载流子从体内传输到电解液的距离，减少了其体相复合；再次，纳米管阵列扩大了电极的有效面积，也有利于增大光电流。另外，在锂离子电池领域，研究证明Fe₂O₃纳米管不仅扩大了电极的有效面积，其特殊的中空结构还可为多次充放电过程中电极材料的体积膨胀提供空余空间，能有效防止多次充放电导致的材料粉化、结构坍塌，从而提高Fe₂O₃在多次充放电循环中的稳定性。 

基于Fe₂O₃纳米管阵列的优异性质和广阔的应用前景，本发明提供了一种用电化学沉积技术在导电基底上制备Fe₂O₃纳米管阵列的方法。相对于其它制备方法，电化学沉积具有更好的可控性，无需极端的实验条件；另外，电化学沉积可增强材料颗粒界面处、材料与基底界面处的电学接触，从而有利于Fe₂O₃材料在光电催化、锂离子电池等领域的应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在导电基底上制备Fe₂O₃纳米管阵列的方法。 

本发明是以载有ZnO纳米棒阵列的导电基底作为工作电极，以铂片作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以含有FeCl₂的水溶液作为电解液； 通过对所述的工作电极施加恒定正电位（相对于参比电极），使得工作电极附近的电解液中的Fe²⁺被氧化为Fe³⁺并形成FeOOH沉淀物，FeOOH沉淀物在ZnO纳米棒的表面不断沉积，同时所述的ZnO纳米棒由于电解液的酸性和所施加的正电位的影响逐渐溶解直至完全消失，形成FeOOH纳米管阵列，从而得到生长有FeOOH纳米管阵列的导电基底；然后在管式炉中对所述的生长有FeOOH纳米管阵列的导电基底进行高温退火，使FeOOH纳米管阵列转化为Fe₂O₃纳米管阵列，在导电基底上得到Fe₂O₃纳米管阵列。 

本发明的在导电基底上制备Fe₂O₃纳米管阵列的方法包括以下步骤： 

（1）电化学沉积制备FeOOH纳米管阵列：以载有ZnO纳米棒阵列的导电基底作为工作电极，以铂片作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以含有FeCl₂的水溶液作为电解液；对所述的工作电极施加恒定正电位（相对于参比电极），使得工作电极附近电解液中的Fe²⁺被氧化为Fe³⁺并形成FeOOH沉淀物，FeOOH沉淀物在ZnO纳米棒的表面不断沉积，同时所述的ZnO纳米棒由于电解液的酸性和所施加的正电位的影响逐渐溶解直至完全消失，形成FeOOH纳米管阵列，得到生长有FeOOH纳米管阵列的导电基底；