[发明专利]一种铁基光电化学薄膜

说明书

本发明公开了一种铁基光电化学薄膜，铁基光电化学薄膜是由以下方法制备的：提供玻璃基片；对玻璃基片表面进行清洗和粗化处理，得到表面处理的玻璃基片；在表面处理的玻璃基片表面，通过第一磁控溅射，沉积第一Ti层；在第一Ti层上，通过第二磁控溅射，沉积第二Ti层；在第二Ti层上，通过第三磁控溅射，沉积第一Fe层；在第一Fe层上，通过第四磁控溅射，沉积Sb和Bi共掺杂的Fe层；在Sb和Bi共掺杂的Fe层上，通过第五磁控溅射，沉积第二Fe层，得到复合薄膜；对复合薄膜进行氧化热处理，得到氧化的复合薄膜；以及在氧化的复合薄膜表面，通过第六磁控溅射，沉积TiO₂层。

技术领域

本发明属于光电化学薄膜技术领域，涉及一种铁基光电化学薄膜。

背景技术

自第一次工业革命以来，世界对能源的需求快速持续地增长。从1971年到2011年之间，能源供给总量呈不断上升趋势，能源供给总量增长了约1.5倍。目前，人类社会的能源供给绝大部分来源于煤炭、石油、天然气等化石燃料的燃烧。虽然这些年来所占比例略有下降(从1977年的86.6％下降到2011年的81.6％)，但化石能源的消耗仍十分巨大，且下降趋势不明显。持续增长的能源需求、化石燃料的不可持续性以及其燃烧生成的CO2、SO2、NO、等副产物所带来的严重的环境问题，激发了人们探索并发展太阳能的强烈需求。

水的分解反应是发展任何人工光合系统的一个重要基础。这是一个从熟力学动力学角度均较为困难的4电子过程反应，在pH为0的条件下，反应的标准吉布斯自由能为237KJ/mol，相当于一个1.23V的电位其中析氧反应是一个多步骤的复杂反应，包含了许多中间过程，需跨过多个能垒，这就意味着反应的完整发生需要一个明显的过电位来提供更多的能量，从而制约了水的化学计量比分解与光解水效率的提高。而半导体材料由于其独特的能带结构，吸引人们将其作为光催化剂或电极来设计人工光合系统。α-Fe₂O₃(赤铁矿，Hematite)是一种在地壳丰度很高的铁矿石，非常容易取得制备。作为一种半导体材料，α-Fe₂O₃的带宽E_g约为2.2eV，意味着其可以吸收波长小于560nm的可见光波，这个波段的光的能量占太阳地面辐射的40％，同时氧化铁在中性和碱性环境中都具有比较强的稳定性，并且安全无毒，所以在太阳能光解水方面，它被认为是一种很有潜力的半导体材料。

为了能够更好的制造铁基光电化学薄膜，现有技术已经提出了二氧化钛改性的氧化铁薄膜，但是这种技术存在以下缺陷：1、膜层结构过于简单，导致层间应力较大，膜层制备成功率不高，性能较差；2、膜层之间缺乏必要的缓冲层以及阻挡层，导致在使用过程中氧化铁层的氧元素可能游离到其它层，导致整体结构光电化学性能变差；3、没有利用到多层结构的耦合，导致光电化学效能较差。

公开于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，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基光电化学薄膜，从而克服现有技术的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种铁基光电化学薄膜，其特征在于：铁基光电化学薄膜是由以下方法制备的：提供玻璃基片；对玻璃基片表面进行清洗和粗化处理，得到表面处理的玻璃基片；在表面处理的玻璃基片表面，通过第一磁控溅射，沉积第一Ti层；在第一Ti层上，通过第二磁控溅射，沉积第二Ti层；在第二Ti层上，通过第三磁控溅射，沉积第一Fe层；在第一Fe层上，通过第四磁控溅射，沉积Sb和Bi共掺杂的Fe层；在Sb和Bi共掺杂的Fe层上，通过第五磁控溅射，沉积第二Fe层，得到复合薄膜；对复合薄膜进行氧化热处理，得到氧化的复合薄膜；以及在氧化的复合薄膜表面，通过第六磁控溅射，沉积TiO₂层。