一种高性能ZnMgO/Ti-Fe2O3/FeCoNiOOH光电极薄膜及其制备方法和应用

本发明属于光电化学，具体涉及一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统能源系统的消费模式对环境的可持续发展提出了严峻挑战，加速了能源发展向绿色低碳方向发展。探索利用太阳能的新方法对于解决能源困境和可持续性有关的问题至关重要。光电化学(pec)水裂解是一个有前途的途径。

2、在众多的半导体光电极中，fe2o3由于其丰富、无毒、上级稳定性和中等禁带宽度(≤2.1ev)而成为最有前途的光电极材料之一。然而，fe2o3本身导电性差、空穴扩散长度短(2-4nm)、光生载流子寿命有限等因素严重制约了其性能。因此，人们一直致力于提高fe2o3薄膜的这些性能，例如形貌控制、元素掺杂和异质结结构。这些策略有望缩短载流子向催化位点的迁移距离和减少fe2o3薄膜中的电荷复合。

3、本发明采用射频磁控溅射在fto上沉积znmgo层，作为fe2o3光电极的电子传输层，改善了fe2o3光电极内部的载流子复合，为了增加fe2o3光电极的析氧能力，在znmgo/fe2o3光电极表面电沉积了助催化剂feconiooh，促进空穴的传输，提高分解水性能。因此，znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜是很具有开发前景的光电化学分解水的材料。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提出一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh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。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，制备方法包括如下步骤：

4、1)在室温纯氩气气氛中，通过射频磁控溅射在fto导电玻璃上沉积znmgo薄膜，得到znmgo薄膜；

5、2)将铁盐和尿素溶于去离子水中，加入ticl4的乙醇溶液，搅拌获得前驱体溶液；将前驱体溶液和znmgo薄膜放在水热釜中，通过水热反应在znmgo上生长前驱体ti-feooh，煅烧，得到znmgo/ti-fe2o3光电极薄膜；

6、3)将含有ni、fe、co的矿物质盐溶于去离子水中，得到含有ni、fe、co的浸渍液；将znmgo/ti-fe2o3光电极薄膜在含有ni、fe、co的浸渍液中浸渍，浸渍完成后在na2so4溶液中电沉积，并重复浸渍与电沉积，最后得到znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜。

7、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤1)中，所述溅射压力保持在0.8pa，固有真空度为1.2×10-3pa。

8、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤2)中，所述铁盐为六水合三氯化铁。

9、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤2)中，铁盐和尿素的摩尔比为1-2:1。

10、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤2)中，所述水热反应条件是，90-120℃下水热反应8-12h；所述煅烧条件是，400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min。

11、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤3)中，浸渍液中ni、fe、co的摩尔浓度比为4：1：1。

12、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤3)中，所述na2so4溶液的浓度为0.5mol/l。

13、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤3)中，每次浸渍时间为5～10min。

14、进一步的，上述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，步骤3)中，每次电沉积时间为1～2min，浸渍与电沉积重复次数为3～7次。

15、上述任意一项所述的高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜在光电化学水分解中的应用。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明借助射频磁控溅射、水热法和电沉积制备znmgo/ti-fe2o3/feconiooh纳米薄膜，当在fto导电玻璃上溅射一层znmgo后，通过水热法将ti-fe2o3薄膜生长在znmgo上，最后通过电沉积助催化剂feconiooh。在fto与fe2o3之间插入znmgo层后，有效地提高了电子的传输，改善了fe2o3内部的电荷复合；析氧助催化剂进一步提高了空穴的传输，加快析氧反应。这项工作可能会启发合理设计的高性能的光电极可行的太阳能转换。

18、2、本发明提供的znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜中znmgo作为电子传输层，促进了电子向fto的传输，减少了fe2o3电极内部载流子复合，助催化剂改善了表面的析氧反应，进而有效地提高光电化学性能及分解水能力。

19、3、本发明提供的znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，制备简单，操作简单，为太阳能开发利用提供新资源。

20、4、本发明提供的znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，在可见光下的产氢速率是ti-fe2o3的3.2倍左右。

技术特征：

1.一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤1)中，所述溅射压力保持在0.8pa，固有真空度为1.2×10-3pa。

3.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述铁盐为六水合三氯化铁。

4.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，铁盐和尿素的摩尔比为1-2:1。

5.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤2)中，所述水热反应条件是，90-120℃下水热反应8-12h；所述煅烧条件是，400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min。

6.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤3)中，浸渍液中ni、fe、co的摩尔浓度比为4：1：1。

7.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤3)中，所述na2so4溶液的浓度为0.5mol/l。

8.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤3)中，每次浸渍时间为5～10min。

9.根据权利要求1所述的一种高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜，其特征在于，步骤3)中，每次电沉积时间为1～2min，浸渍与电沉积重复次数为3～7次。

10.权利要求1-9中任意一项所述的高性能znmgo/ti-fe2o3/feconiooh光电极薄膜在光电化学水分解中的应用。

技术总结本发明属于光电化学技术领域，公开了一种高性能ZnMgO/Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/FeCoNiOOH光电极薄膜的制备方法和应用。首先采用射频磁控溅射法在FTO导电玻璃上沉积ZnMgO层；然后在ZnMgO上生长Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;纳米薄膜；为了增强析氧能力，电沉积FeCoNiOOH助催化剂在ZnMgO/Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;薄膜上，得到ZnMgO/Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/FeCoNiOOH光电极薄膜。本发明提供的ZnMgO/Ti‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/FeCoNiOOH光电极促进了电子更好地传输，改善了Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;光电极内部的载流子复合问题，进一步提高光电化学性能及分解水能力。技术研发人员：范晓星,江姗姗,刘大博,陶然,楚振明受保护的技术使用者：辽宁大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9