Co(OH)2/FePO4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用的制作方法

co(oh)2/fepo4光电极薄膜及其在光电化学水分解中的应用
技术领域
1.本发明属于光电化学技术领域，提出了一种新的光电极材料co(oh)2/fepo4的制备方法及其在光电化学水分解中应用。


背景技术：

2.化石燃料储量有限，环境问题日益突出，解决环境污染和能源短缺的光电化学电池已成为人们关注的焦点。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。
3.在之前的研究中磷酸铁主要作为锂离子电池的嵌入电极。然而，随着材料工程师克服了电导率问题，近年来其作为电极材料使用越来越普遍。由于fepo4制备简单、较易循环利用，是电动汽车电池的理想电极材料。但纯fepo4的光电流较弱，作为光电极分解水的能力较差，为了改善fepo4的问题，研究者们做了很多努力。《journal of alloys and compounds》报导fepo4并对lini
0.80
co
0.15
al
0.05
o2阴极材料进行表面改性；《acs applied energy materials》报导非晶态fepo4纳米片钠存储性能的增强；《journal of solid state chemistry》报导采用先进液相沉淀法制备高纯磷酸铁及其增强性能。这些主要是通过从制备方法上改变fepo4的光电化学性能，而从掺杂、复合、助催化剂处理的方式改善fepo4的光电化学性能的研究较少。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出co(oh)2/fepo4光电极薄膜的制备方法。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。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：co(oh)2/fepo4光电极薄膜，制备方法包括如下步骤：
6.1)将铁盐和磷酸盐分别溶于去离子水中后混合，用碱性溶液调节所得混合溶液的ph，搅拌下，水浴加热，离心，过滤，烘干后，高温煅烧，得fepo4粉末；将适量的fepo4粉末分散于含i2的丙酮中，超声震荡，得电泳沉积悬浮液；
7.2)将两个面积相等的透明导电玻璃(fto)作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入步骤1)获得的电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加一定的直流电压，设定沉积时间，切断电流，将两电极从悬浮液中取出，在室温下晾干，得fepo4光电极薄膜；
8.3)将步骤2)所得fepo4光电极薄膜于co(oh)2水溶液中浸渍处理，得co(oh)2/fepo4光电极薄膜。
9.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤1)中，所述铁盐为九水合硝酸铁或六水合三氯化铁。
10.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤1)中，所述磷酸盐为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵。
11.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤1)中，按摩尔比，铁盐:磷酸盐＝1:
1
‑
1.5。
12.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤1)中，所述碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，调节混合溶液的ph至1.8
‑
2.3。
13.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤1)中，所述水浴加热是，水浴温度为70
‑
90℃，加热时间为2
‑
3h；所述高温煅烧是，500
‑
800℃下煅烧4
‑
6h。
14.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤2)中，所述直流电压为25v，沉积时间为1
‑
5min。
15.优选的，上述的co(oh)2/fepo4光电极薄膜，步骤3)中，浸渍处理1
‑
3h。
16.本发明提供的co(oh)2/fepo4光电极薄膜在光电化学水分解中应用。
17.本发明的有益效果是：
18.1.本发明提供的co(oh)2/fepo4光电极薄膜更容易使光生电子
‑
空穴有效分离，降低复合率，可以有效的提高光电化学性能。
19.2.本发明提供的co(oh)2/fepo4光电极薄膜在可见光下光电流密度是纯fepo4的4.65倍左右。
20.3.本发明提供的co(oh)2/fepo4光电极薄膜的制备方法，其原料廉价易得，操作简单方便，极大程度降低了成本，为水的分解提供新的催化材料，缓解当今的环境能源紧张的局势，有很好的发展前景。
附图说明
21.图1为实施例1制备的纯的fepo4粉末的xrd图。
22.图2为实施例2制备的co(oh)2粉末的xrd图。
23.图3为实施例1制备的fepo4光电极薄膜与实施例2制备的co(oh)2/fe2o3光电极薄膜光电流的对比图。
24.图4为实施例1制备的fepo4光电极薄膜与实施例2制备的co(oh)2/fe2o3光电极薄膜阻抗图谱的对比图。
具体实施方式
25.实施例1 fepo4光电极薄膜
26.(一)fepo4粉末的制备
27.将1.212g九水合硝酸铁与0.685g磷酸氢二钾分别溶于15ml的去离子水中后混合，充分搅拌后，用0.5m koh滴定，调节混合溶液的ph＝2。
28.所得体系在水浴锅80℃恒温搅拌2h，静置2h后离心、洗涤，过滤后，放入烘箱80℃干燥4h，得到fepo4的前驱物。
29.将fepo4的前驱物放在马弗炉中600℃煅烧6h，冷却到室温后进行研磨，得到n型光电极材料fepo4粉末。
30.将得到的fepo4粉末进行xrd测试，结果如图1所示，样品在20.4
°
、25.9
°
、35.7
°
、38.1
°
、39.2
°
、41.5
°
、48.5
°
、52.3
°
、58.4
°
有九个明显衍射峰，为fepo4的特征峰，纯fepo4光电极样品的衍射峰与磷酸铁标准卡的峰谱完全一致，说明成功制备纯fepo4光电极材料。
31.(二)fepo4光电极薄膜的制备
32.取0.06g fepo4粉末置于25ml丙酮液中，密封超声90min至溶液分散均匀，向得到的均匀分散液中加入0.012g i2，密封超声震荡30min，得到电泳沉积悬浮液；
33.将两个面积相等的透明导电玻璃(fto)作为正负电极，将两电极面对面相互平行浸入电泳沉积悬浮液中，并在两电极间施加25v的直流电压，沉积5min；切断电流，将电极从电泳沉积悬浮液中取出，在室温条件下晾干，得fepo4光电极薄膜。
34.实施例2 co(oh)2/fepo4光电极薄膜(一)co(oh)2粉末的制备
35.将0.3569g六水合氯化钴至于玛瑙研钵中研磨30min后，加入0.12g氢氧化钠，继续研磨5min，然后加入去离子水反复洗涤、离心至ph＝7后放入烘箱中，80℃干燥8h，得co(oh)2粉末。
36.将得到的co(oh)2粉末进行xrd测试，结果如图2所示，从图2中可以看出该粉末的衍射峰与氢氧化钴标准卡的峰谱完全一致，说明成功制备纯co(oh)2。
37.(二)co(oh)2/fepo4光电极薄膜的制备
38.将得到的co(oh)2粉末溶于30ml去离子水中，然后将实施例1制备的fepo4光电极薄膜放入co(oh)2溶液中浸渍2h，得co(oh)2修饰的co(oh)2/fepo4光电极薄膜。
39.实施例3应用
40.分别将实施例1、实施例2制备的fepo4光电极薄膜和co(oh)2/fepo4光电极薄膜进行光电流和阻抗的光电化学性能测试。
41.所有电化学实验测试过程都在三电极体系的电化学工作站(princeton applied research2273)中进行。fepo4光电极薄膜或co(oh)2/fepo4光电极薄膜作为工作电极，铂片为对电极，ag/agcl为参比电极，电解液为0.5m硫酸钠，样品光照射面积为1cm2。
42.光电流测试：光源为300w氙灯，偏压为1.23v vs.rhe，测得结果如图3所示，结果显示，co(oh)2/fepo4光电极薄膜的光电流密度大于纯fepo4光电极薄膜，说明负载co(oh)2后光电化学性能有所改善。
43.电化学阻抗谱(eis)测试：固定电压为0v vs.voc，频率范围是0.1
‑
105hz。测得结果如图4所示，负载co(oh)2后的co(oh)2/fepo4光电极薄膜样品，阻抗相对较小，光电流最大，与图3相符合。