[发明专利]一种改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极及其应用

说明书

本发明公开了一种改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极及其应用。所述光阳极通过以下步骤制备得到：S1.配置赤铁矿生长液，然后将导电基底置于其中，通过溶剂热合成法在导电基底上合成FeOOH薄膜，然后洗净FeOOH薄膜，并烘干备用；S2.将步骤S1所得导电基底进行高温退火，冷却后，即可得到表面为赤铁矿薄膜的导电基底；S3.配置水铁矿生长液，然后将步骤S2所得导电基底进行置于水铁矿生长液，并加热处理，待反应结束后洗净导电基底，晾干即可得到改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极。本发明通过在赤铁矿表面负载一层水铁矿薄层制备得到耐光腐蚀、光电化学性能和稳定性的核壳结构复合光阳极，可用于分解水制氢，催化效率高，催化效果稳定。

技术领域

本发明涉及材料制备及光催化分解水技术领域，具体地，涉及一种改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极及其应用。

背景技术

随着化石燃料逐渐枯竭，环境污染日益严重，以及快速增长的能源需求，新型清洁、绿色、可再生能源，逐步受到人们广泛的关注。氢气具有很高的燃烧热值，每千克氢气燃烧后产生的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，而且燃烧后的产物是水，所以氢气被誉为是世界上最绿色的能源之一。目前，我国现阶段工业制氢方式主要有以下几种成熟且常用的方式：一是甲醇分解制氢；二是改进型煤焦气化制氢；三是电解水制氢；四是烃类水蒸气转化制氢。但是这些技术均需要消耗额外的能源来达到目的，而通过光电化学分解水，可简单快速地将太阳能转化为化学能，并以氢气的形式提供可持续的、无碳、环境友好的绿色能源。太阳能光（电）催化分解水制氢是解决目前能源短缺与环境污染问题的理想途径之一。

赤铁矿（氧化铁）由于其本身优异的自然稳定性，又具有高耐光性、高耐腐蚀性以及成本低廉等优点，而且禁带宽度仅为2.2eV，因此可吸收约30%太阳光能，且其光响应波长处于550 nm 左右，具有很强的可见光吸收能力。然而，赤铁矿同时具有导电性差、光生电子-空穴复合较快，空穴扩散长度短等缺陷，严重限制了其实际应用。目前大量研究表明，抑制光催化反应过程中的电子-空穴对的复合，提高其电子-空穴对分离效率是提高赤铁矿光电催化效率的关键。目前，在已经公开的赤铁矿基光电极中，中国专利CN107020140A中所制备的赤铁矿-硫化钼-硫化镉光电极表现出了优异的光电化学性能。但是，硫化钼、硫化镉存在光腐蚀严重、含有重金属元素造成环境污染的问题。

因此，很有必要研发一种无污染、同时具有较好光电化学性能和稳定性，制备方法简单的赤铁矿纳米棒光阳极。

发明内容

本发明的目的在于改善赤铁矿导电性差、光生电子-空穴复合较快，空穴扩散长度短等现有的缺陷，提供一种改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极。本发明所述核壳结构复合光阳极具有较好的耐光腐蚀、光电化学性能和稳定性，可用于分解水制氢。

本发明的另一目的在于提供所述改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极的应用。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极，通过以下步骤制备得到：

S1. 配置赤铁矿生长液，然后将导电基底置于赤铁矿生长液中，通过溶剂热合成法在导电基底上合成FeOOH薄膜，然后洗净FeOOH薄膜，并烘干备用；

S2. 将步骤S1所得导电基底进行高温退火，然后自然冷却至室温，即可得到表面为赤铁矿薄膜的导电基底；

S3. 配置水铁矿生长液，然后将步骤S2所得导电基底进行置于水铁矿生长液，并加热处理，待反应结束后洗净导电基底，晾干即可得到改性水铁矿/赤铁矿纳米棒核壳结构复合光阳极。