[发明专利]一种Ni-B助剂改性的氧化铁纳米棒电极及制备方法和在光催化中的应用

说明书

本发明公开了一种由Ni‑B助剂改性的氧化铁纳米棒薄膜电极及其制备方法和其在光催化领域的应用，Ni‑B助催化剂通过电沉积的方式沉积于氧化铁纳米棒薄膜电极表面，为无定型层覆盖于电极表面，制备方法包括制备氧化铁纳米棒薄膜电极、电沉积Ni‑B助催化剂、阳极活化Ni‑B助催化剂三个步骤。本发明有效地提高了氧化铁纳米棒光电极表面产氧反应动力学，同时提高载流子分离效率，光电化学池分解水性能优越，并且制备方法简单、原料廉价易得，可实现低成本、大规模的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，更加具体地说，涉及到一种由Ni-B助剂改性的氧化铁纳米棒电极材料及其制备方法，并将其应用在光电化学池的半导体电极领域。

背景技术

随着化石能源的日益紧张，采用新型绿色可再生能源代替不可再生的化石能源成为全世界关注的焦点。太阳能以其能量辐射总量大、可再生性能好、环境友好等诸多特点越来越多地引起学界和业界的广泛的关注。然而，如何高效利用太阳能依旧是摆在人们面前的重大挑战。

氢能因其具有高能清洁可直接燃烧等优点在众多可再生能源之中备受瞩目。太阳能光电化学池分解水制氢作为一种新型的制氢方法，真正实现了太阳能的绿色合理利用，整个循环绿色无污染，十分符合当前能源开发的要求。自20世纪七十年代早期，由日本东京大学Fujishima和Honda¹两位教授首次发现TiO₂电极具有光催化分解水产生氢气的能力，TiO₂成为了最常用的光催化剂，但是却因为其只能对紫外光有响应，不能很好的利用太阳能，其在光解水制氢方面的发展受到了制约。

赤铁矿型氧化铁，即α-Fe₂O₃，由于具有良好的可见光吸收、稳定性好、廉价易得等优点，因而在光催化领域受到广泛研究。但是，由于α-Fe₂O₃载流子复合严重且表面产氧动力学较慢，导致其作为光阳极的起始电位达到0.8-1.0V(相对于可逆氢电极)，且光电流远小于理论光电流值。²通过在α-Fe₂O₃表面负载助剂的方式可提高其表面产氧动力学，进而使光电流的起始电位负移、光电流提高。³同时，由于α-Fe₂O₃存在表面态⁴，产生费米能级钉扎效应，使材料内部产生的光电压较小，同时与溶液界面处能带弯曲程度减小，这些均会导致其表面载流子复合严重。通过在α-Fe₂O₃电极表面负载表面钝化层可钝化表面态，提高表面载流子分离效率。⁵

1.A.Fujishima and K.Honda,Nature,1972,238,37-38.

2.Z.Li,W.Luo,M.Zhang,J.Feng and Z.Zou,EnergyEnvironmental Science,2013,6,347-370.

3.J.Y.Kim,D.H.Youn,K.Kang and J.S.Lee,Angewandte Chemie,2016,128,1-6.

4.B.Klahr,S.Gimenez,F.Fabregat-Santiago,T.Hamann and J.Bisquert,Journal of the American Chemical Society,2012,134,4294-4302.

5.F.Le Formal,N.Tetreault,M.Cornuz,T.Moehl,M.Gratzel and K.Sivula,Chemical Science,2011,2,737-743.

发明内容