[发明专利]3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极

说明书

本发明公开了一种3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极，包括3D打印金属基底和钛掺杂氧化铁层，3D打印金属基底包括通过3D打印技术一体成型的导电层及其上方的金属阵列结构，或者通过3D打印技术形成的网格形阵列结构，金属阵列结构上设有以阵列的形式排列的多个图形单元，钛掺杂氧化铁层覆盖在3D打印金属基底的表面上。通过对不同3D结构及材质的3D打印金属基底所形成的3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极的光电性能的研究，解决氧化铁光阳极3D结构构筑困难和薄膜氧化铁光阳极的光吸收效率低的问题，该3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极具有良好的光电分解水反应性能，对未来工业方面具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，特别是一种3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极。

背景技术

在光电催化水分解领域中，氧化铁(Fe₂O₃)光阳极由于其光吸收范围宽、稳定性好、廉价无毒等优点，得到了研究学者的广泛关注。但是，Fe₂O₃光吸收深度大但光生空穴传输距离短，导致薄膜Fe₂O₃的光吸收效率低，而厚膜Fe₂O₃的光生电荷传输效率低。大量报道中使用金属离子(如Ti)掺杂改善其导电性能，可以在一定程度上提升光电流密度。另外，通过3D结构构筑制造光子入射斜面增加光吸收深度或者增加光反射路径可提升薄膜Fe₂O₃的光吸收效率。但是光阳极3D结构构筑难度较大，因此利用前沿技术获得Fe₂O₃的3D结构灵活构筑手段是亟需解决的问题。

通过计算机控制的3D打印技术，可实现复杂几何3D结构的一步制造，并且做到较高的精度和结构复杂程度。而现有研究中，3D打印技术尚未用于Fe₂O₃电极的3D结构设计和制备中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极，解决了上述背景技术中Fe₂O₃3D结构构筑困难和薄膜Fe₂O₃光吸收效率低的问题。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种3D打印金属基底支撑型氧化铁光阳极，包括3D打印金属基底和钛掺杂氧化铁层，所述3D打印金属基底包括通过3D打印技术一体成型的导电层及其上方的金属阵列结构，或者通过3D打印技术形成的网格形阵列结构，所述金属阵列结构上设有以阵列的形式排列的多个图形单元，所述钛掺杂氧化铁层覆盖在所述3D打印金属基底的表面上。

作为优选，所述金属阵列结构设于所述导电层的一侧表面，并且其分布区域面积至少为所述导电层的上表面积的二分之一。

作为优选，所述图形单元为锥形凸起，所述金属阵列结构为锥形阵列，所述锥形凸起的底部半径为0.5～0.8mm，高度为1～6mm。

作为优选，所述图形单元为倒锥形凹坑，所述金属阵列结构为倒锥形阵列，所述倒锥形凹坑的顶部半径为0.5mm，高度为1～3mm。

作为优选，所述图形单元为柱形凸起，所述金属阵列结构为柱形阵列，所述柱形凸起的底部半径为0.5mm，高度为1～3mm。

作为优选，所述金属阵列结构中相邻两个图形单元的中心距离为1.25mm。

作为优选，所述网格形阵列结构的网格棱柱为三棱柱或圆柱形，网格间距为0.2mm。

作为优选，所述导电层的厚度为2mm。

作为优选，所述3D打印金属基底采用钛合金。

作为优选，所述3D打印技术包括粉末烧结技术、直接金属激光烧结技术、选择性激光熔化技术或电子束熔化技术。