本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻雜氧化鐵納米線有序陣列光陽極的制備方法。

背景技術(shù)：

太陽光分解水制氫將成為提供清潔能源的一種有效途徑。光解水主要有兩種不同的方式：光催化和光電催化。光催化是在水溶液中分散一些光活性催化材料，光照時(shí)，在整個(gè)溶液中同時(shí)產(chǎn)生氫氣和氧氣。光電催化是采用光活性材料作為電極，組成光電化學(xué)電池，在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)析出o2，陰極發(fā)生還原反應(yīng)析出h2，通過含水的電解質(zhì)溶液連通兩電極和外電路，形成電流環(huán)路。相對(duì)于光催化而言，光電化學(xué)電池的優(yōu)勢(shì)在于它可以有效地分離并收集o2和h2。

自從fujishima和honda首次報(bào)道利用tio2光電化學(xué)分解水以來，有關(guān)光陽極材料用于太陽能制氫的研究受到越來越多的關(guān)注。光陽極材料一般要滿足一些特殊要求：半導(dǎo)體帶隙窄；導(dǎo)帶位置比水的還原電位更負(fù)，價(jià)帶比水的氧化電位更正；光生載流子到水分解產(chǎn)物轉(zhuǎn)換效率高，液相環(huán)境中的穩(wěn)定性高、成本低。

國(guó)內(nèi)外最受關(guān)注的一些光陽極材料主要包括tio2、zns、α-fe2o3、bivo4、wo3等等，但在光電性能方面都有待進(jìn)一步提高，其改進(jìn)方法包括元素?fù)诫s、形貌控制、表面修飾和構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等。

發(fā)展可見光響應(yīng)的光陽極材料是目前光電化學(xué)分解水研究的熱點(diǎn)?？梢姽庹伎偟奶柟饽芰康?0％，其范圍在400～800nm，表明半導(dǎo)體的帶隙在1.56～3.12ev比較合適。一些fe基材料(如α-fe2o3、cafe2o4、znfe2o4等)、bi基材料(如bivo4)、ta基材料(如ta3n5)、w基材料(如wo3)以及cu2o等都滿足帶隙上的要求，這些材料都具有優(yōu)良的光電化學(xué)性質(zhì)，成為光陽極材料的重要體系。

由于α-fe2o3在自然界中廣泛存在，價(jià)格低廉、無毒等特點(diǎn)，使得α-fe2o3成為最具潛力的光陽極材料之一。但是差的導(dǎo)電率限制電荷的轉(zhuǎn)移，是赤鐵礦α-fe2o3用作光陽極的一個(gè)主要限制。摻雜被認(rèn)為是解決這一問題的一種有效手段。摻雜具有電子給體的元素，如sn、si、ti等，能顯著地增加α-fe2o3的供體密度，從而提高導(dǎo)電率。

為了有效避免光生載流子復(fù)合和增強(qiáng)可見光吸收，設(shè)計(jì)合理的光電極結(jié)構(gòu)對(duì)提高光電化學(xué)性質(zhì)非常重要。與塊體材料相比，一維納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料能更有效地分離光生電子和空穴。因此，α-fe2o3一維的納米管、納米棒或納米線陣列是較好的材料結(jié)構(gòu)體系。

本發(fā)明正式基于這一思路進(jìn)行的材料設(shè)計(jì)，利用氧化鋁有序模板和電化學(xué)合成方法制備了含有摻雜元素的羥基氧化鐵納米線有序陣列，然后再對(duì)樣品進(jìn)行煅燒處理得到離子摻雜氧化鐵納米線有序陣列。制備的摻雜氧化鐵納米線有序陣列是多晶結(jié)構(gòu)，排列規(guī)整、尺寸均勻，具有較好的光催化性能，可作為光陽極在未來光解水制氫方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用氧化鋁有序模板和電化學(xué)合成方法制備出離子摻雜氧化鐵納米線有序陣列的方法。

本發(fā)明提出的一種元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料，其形貌排列規(guī)整、尺寸均勻，其直徑為20～100nm，其長(zhǎng)度為1～100μm；包括α-fe2o3:m納米線有序陣列，其中摻雜元素m為ti、sn、al、be、cu、mg、si中至少一種；摻雜元素m在元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料的含量為1-10％。

本發(fā)明提供了一種摻雜氧化鐵納米線有序陣列光陽極的制備方法，包括以下步驟：

(1)在一個(gè)具有通孔的多孔氧化鋁模板的一面蒸鍍一層金屬作為導(dǎo)電基層，用去離子水洗凈待用；

(2)用去離子水配制含有fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的混合液，混合液的濃度為0.1～0.7mol/l，fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的摩爾比為1：2～5；接著添加0.05-0.5mol/l摻雜元素的氯鹽乙醇溶液至混合液中得到沉積液，混合液和摻雜元素的氯鹽乙醇溶液的體積比為20:1～10:1；

(3)將步驟(2)得到的沉積液放入沉積槽內(nèi)，采用雙電極交流電化學(xué)方法進(jìn)行沉積，采用步驟(1)得到的蒸鍍后多孔氧化鋁模板作為電極，采用高純度的碳作為對(duì)電極，交流電的頻率為60hz，交流電的電壓為15v，沉積時(shí)間為5～60min；

(4)取出步驟(3)得到的沉積后氧化鋁模板，用去離子水清洗干凈，然后升溫至500～700℃，煅燒1～3h；

(5)將步驟(4)得到的煅燒后物料用0.2～0.5mol/lnaoh水溶液去除氧化鋁模板得到元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料。

本發(fā)明的有益效果是：制備出的α-fe2o3一維納米線陣列結(jié)構(gòu)，通過元素?fù)诫s進(jìn)一步提高其光電特性，有利于提高光解水制氫效率，對(duì)于促進(jìn)太陽能制氫技術(shù)發(fā)展具有積極意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得α-fe2o3:ti納米線有序陣列的形貌圖；其中(a)為α-fe2o3:ti納米線有序陣列的sem照片；(b)為α-fe2o3:ti納米線有序陣列的tem照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得α-fe2o3:ti納米線有序陣列的xrd圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料，其形貌排列規(guī)整、尺寸均勻，其直徑為20～100nm，其長(zhǎng)度為1～100μm；包括α-fe2o3:m納米線有序陣列，其中摻雜元素m為ti、sn、al、be、cu、mg、si中至少一種；摻雜元素m在元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料的摩爾含量為1-10％。

本發(fā)明提供了一種摻雜氧化鐵納米線有序陣列光陽極的制備方法，包括以下步驟：

(1)在一個(gè)具有通孔的多孔氧化鋁模板的一面蒸鍍一層金屬作為導(dǎo)電基層，用去離子水洗凈待用；

(2)用去離子水配制含有fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的混合液，混合液的濃度為0.1～0.7mol/l，fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的摩爾比為1：2～5；接著添加0.05-0.5mol/l摻雜元素的氯鹽乙醇溶液至混合液中得到沉積液，混合液和摻雜元素的氯鹽乙醇溶液的體積比為20:1～10:1；

(3)將步驟(2)得到的沉積液放入沉積槽內(nèi)，采用雙電極交流電化學(xué)方法進(jìn)行沉積，采用步驟(1)得到的蒸鍍后多孔氧化鋁模板作為電極，采用高純度的碳作為對(duì)電極，交流電的頻率為60hz，交流電的電壓為15v，沉積時(shí)間為5～60min；

(4)取出步驟(3)得到的沉積后氧化鋁模板，用去離子水清洗干凈，然后升溫至500～700℃，煅燒1～3h；

(5)將步驟(4)得到的煅燒后物料用0.2～0.5mol/lnaoh水溶液去除氧化鋁模板得到元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料。

下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供了一種摻雜氧化鐵納米線有序陣列光陽極的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用陽極氧化法自行制備具有通孔的多孔氧化鋁模板，其孔徑為70nm，在具有通孔的多孔氧化鋁模板蒸鍍一層金屬作為導(dǎo)電基層，去離子水洗凈待用；

(2)用去離子水配制含有fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的混合液，混合液的濃度為0.5mol/l，fecl3·6h2o和(nh4)2c2o4·h2o的摩爾比為1：3；接著添加0.5mol/lticl4的乙醇溶液至混合液中得到沉積液，混合液和摻雜元素的氯鹽乙醇溶液的體積比為20:1；

(3)將步驟(2)得到的沉積液放入沉積槽內(nèi)，采用雙電極交流電化學(xué)方法進(jìn)行沉積，采用步驟(1)得到的蒸鍍后多孔氧化鋁模板作為電極，采用高純度的碳作為對(duì)電極，交流電的頻率為60hz，交流電的電壓為15v，沉積時(shí)間為10min；

(4)取出步驟(3)得到的沉積后氧化鋁模板，用去離子水清洗干凈，然后升溫至600℃，煅燒2h；

(5)將步驟(4)得到的煅燒后物料用0.5mol/lnaoh水溶液去除氧化鋁模板得到元素?fù)诫s氧化鐵納米線有序陣列光陽極材料，即α-fe2o3:ti納米線有序陣列，其中ti含量為5％，其直徑為40～60nm，長(zhǎng)度為20μm，其形貌如圖1所示，其xrd曲線如圖2所示。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。