[发明专利]一种铜掺杂赤铁矿(Cu-Fe2

说明书

本发明属于光电化学技术领域，具体公开了一种铜掺杂赤铁矿(Cu‑Fe₂O₃)光电极薄膜的制备方法及应用，制备方法如下：将一定摩尔的铁盐和尿素分别溶于去离子水中，搅拌后混合，加入铜盐得到前驱体溶液，通过水热得到前驱体薄膜，在惰性气体或者空气条件下进行煅烧，得到Cu‑Fe₂O₃光电极薄膜。Cu‑Fe₂O₃光电极薄膜具有良好的光电化学特性，通过掺杂铜能够有效分离电子空穴对，使电子空穴复合率降低，达到高效水分解的目的，缓解当今的环境能源紧张的局势。

技术领域

本发明属于光电化学技术领域，具体涉及一种铜掺杂赤铁矿(Cu-Fe₂O₃)光电极薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

由于化石燃料储量有限，环境问题日益突出，人们关注的光电化学电池可以有效解决环境污染和能源短缺的问题。光电化学分解水制氢将太阳能转换成可储存的化学能，是21世纪解决环境和能源问题的主要手段。

Fe₂O₃作为一种N型半导体，是一种成本低、无毒、储量丰富且易得到的金属，由于具有良好的带隙能(1.9-2.2ev)，在水氧化反应中有足够多的正价带位置，并且在水和碱性电解液中有良好的化学稳定性，理论上赤铁矿的氧化效率可达12.4％，所以作为太阳能分解水的电极材料得到了广泛的应用。但纯Fe₂O₃载流子迁移率低、电荷分离能力差，有较大亏损，在实际应用中效率远低于理论值，研究者们通过掺杂、复合、助催化剂处理等方式改善Fe₂O₃的各种问题。《Applied Surface Science》报道了Ni掺杂赤铁矿从而促进光电化学水氧化；《Nano Letters》报道了Sn掺杂赤铁矿纳米结构的光电化学水裂解；《Energyenvironmental science》报道了光辅助电沉积钴磷(Co-Pi)催化剂在赤铁矿光阳极上用于太阳能水氧化。但是在制备工艺较为复杂，制作成本较高。为了改善Fe₂O₃的各种问题，研究者们做了很多努力，但是能够有效改善光电化学性能的Cu掺杂Fe₂O₃还尚未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜的制备方法及应用。该方法具有制备方法简单、操作方便，实验条件易控制等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，制备方法包括如下步骤：将一定摩尔的铁盐和尿素分别溶于去离子水中，搅拌后混合，加入铜盐得到前驱体溶液，通过水热得到前驱体薄膜，在惰性气体或者空气条件下进行煅烧，得到Cu-Fe₂O₃光电极薄膜；

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的铁盐为九水合硝酸铁、六水合三氯化铁或硫酸铁中的一种。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的铁盐和尿素的摩尔比为0.5-1:1。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的铜盐为三水合硝酸铜、硫酸铜或二水合氯化铜中的一种。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，按摩尔比，铜盐：铁盐＝0.02-0.1:1。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的水热时间为4-16h，水热温度为90-120℃。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的惰性气体为氮气或者氩气。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，所述的煅烧温度为450-800℃，煅烧时间为1-4h。

上述的一种铜掺杂赤铁矿光电极薄膜，升温速度为1-10℃/min