[0030]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0031]将导电基板分别依次放入丙酮，乙醇和去离子水中浸泡超声30min，经去离子水清洗后，用纯氮气吹干，固定样品在导电基板表面的沉积面积为2X2cm2，其余部分密封；将预处理的导电基板置于水热釜内胆中如图1和图2所示，向其中加入含有需掺杂物前驱体、硝酸钠和铁离子的前驱体的水/聚乙二醇的混合溶液；用0.5M的盐酸溶液调节内胆中溶液的PH值，并混合搅拌均匀；将水热釜内胆置于不锈钢的外胆密封后放入烘箱中加热；反应完成后水热釜随炉冷却至室温；待水热釜冷却后从中取出导电基板，用去离子水清洗后将绝缘胶带去除；将处理完毕的导电基板样品置于在空气、氮气或者其他气氛中煅烧，随炉自然冷却至室温，得到相应元素掺杂的氧化铁薄膜。
[0032]实施例1
[0033]使用导电玻璃(FTO)作为导电基板，对该基板进行上述预处理过程。固定样品在FTO导电表面的沉积面积为2X2cm2，其余部分用绝缘胶带密封；将预处理的导电玻璃置于水热釜内胆中，导电面朝向水热反应釜内胆中心并用绝缘胶带固定上半段。向水热釜内胆中加入含有 0.0lmol/L Co (NO3)2、ImoI/L NaNO3 和 0.lmol/L FeClyK/聚乙二醇(体积比5:1)的混合溶液作为前驱体；用2M浓盐酸溶液调节内胆中溶液的pH值为I，并搅拌均匀；将水热釜密封完成后放入烘箱中100°C加热4h ;反应完成后将水热釜随炉冷却至室温；从水热釜中取出导电玻璃，经去离子水清洗后去除绝缘胶带，然后将导电玻璃薄膜样品放入空气中程序升温，从室温以10°C/min的升温速率至500°C后加热4小时，自然冷却至室温，得到掺杂钴的氧化铁薄膜。将制备的掺杂氧化铁薄膜应用于光电解水中得到的光电性能图如图6所示，表明掺杂的氧化铁光阳极在光照条件下有明显的光电流产生。
[0034]实施例2
[0035]使用不锈钢基板作为导电基板，并对该基板进行上述预处理。固定样品在导电玻璃表面的沉积面积，其余部分用绝缘胶带密封；将预处理的导电基板置于水热釜内胆中，导电面朝向釜中心。向水热釜内胆中加入含有0.0lmol/L TiCl4UmoVL NaNO3和0.075mol/L FeClyK /聚乙二醇(体积比5:1)的混合溶液；用0.5M的盐酸溶液调节内胆中溶液的pH值为1.69，并混合均匀；将水热釜密封完成后放入烘箱中150°C加热4h ;反应完成后水热釜快速冷却至室温；从水热釜中取出Ti基板，经去离子水清洗后将绝缘胶带去除，然后将导电薄膜样品放入空气中程序升温，从室温以2°C /min的升温速率至800°C后加热lOOmin，自然冷却至室温，得到掺杂钛氧化铁薄膜。
[0036]实施例3
[0037]使用镀金的FTO作为导电基板，并对该基板进行上述预处理。固定样品在导电玻璃表面的沉积面积，其余部分用绝缘胶带密封；将预处理的导电基板置于水热釜内胆中，导电面朝向内胆中心。向水热釜内胆中加入含有0.05mol/L Co (NO3)2、lmol/L NaNO3和
0.lmol/L FeCl3水/聚乙二醇的混合溶液(体积比5:1);用0.5mol/L的盐酸溶液调节内胆中溶液的PH值为1.5，并混合均匀；将水热釜密封完成后放入烘箱中200°C加热24h ;完成后水热釜快速冷却至室温；从水热釜中取出FT0，经去离子水清洗后将绝缘胶带除掉，然后将导电薄膜样品放入氮气中程序升温，从室温以2°C /min的加热速率升温至450°C后加热4小时，自然冷却至室温，从而在FTO表面得到掺杂Co元素的氧化铁薄膜。制备的得到的氧化铁薄膜形貌如图3所示，通过XRD测试表明该薄膜存在的是氧化铁的赤铁矿晶型(图
4)，且氧化铁薄膜具有一定的紫外可见光吸收性能，如图5所示。
【主权项】
1.一种掺杂氧化铁纳米棒催化剂的制备方法，其特征在于:清洁预处理具有导电特性的导电基板后，将导电基板浸入含有Fe3+和掺杂物质前驱体溶液中利用溶液热法在其表面沉积一层掺杂的羟基氧化铁薄膜；再将所得的薄膜用去离子水清洗后煅烧，得到掺杂氧化铁薄膜，按此方法制备的掺杂氧化铁具有纳米棒簇状形貌和尺寸结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 具体制备步骤包括: .1)清洁预处理过程如下:首先将导电基板分别依次放入丙酮，乙醇和去离子水中超声清洗，经去离子水溶液清洗后吹干，固定导电基板上所需的沉积面积，其余部分用绝缘耐高压介质进行密封； .2)溶液热合成过程:是利用水热釜形成高压的环境，经预处理后的导电玻璃以与水热釜内胆侧壁面呈0° -60°的角度置于水热釜内胆中，向其中加入含有0.1-1M的硝酸钠、.0.01-0.5M的Fe3+前驱体、0.01-0.5M掺杂物前驱体的水/聚乙二醇(体积比为19:1?.2:1)的混合溶液；用0.1-2M的盐酸溶液调节前驱体溶液的pH值为0.5-2，并搅拌均匀；将水热釜密封完成后放入烘箱中反应，条件为:反应温度在100-200°C范围内，反应的时间为.0.5-24h，反应完成后水热釜自然冷却至室温； .3)从水热釜中取出导电基板，经去离子水清洗后去除密封介质，将所得的导电基板放入400°C -800°C的气氛中煅烧0.5-8h，自然冷却至室温，得到氧化铁薄膜，按此方法制备的氧化铁具有均匀的一维纳米形貌；煅烧过程的反应气氛为空气、氮气中的一种或二种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:所述的导电基板为导电玻璃(FTO)、Ti板或不锈钢板。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述的导电玻璃表面电阻为>10 Ω/sq，表面导电层厚度> 300nm，导电玻璃厚度>2mm，如氧化铟锡导电玻璃(ITO)或掺F的氧化铟锡导电玻璃(FTO)。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:密封采用绝缘耐高压介质进行密封，并在溶液热反应过后除去密封介质；所述绝缘耐高压介质为绝缘胶带或环氧树脂。6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于=Fe3+的前驱体水溶液为.0.01-0.5M的FeCl3、Fe2 (SO4) 3、Fe (NO3)3等其他含有Fe3+离子的溶液中的一种或二种以上。7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:掺杂物的前驱体溶液为.0.01-0.5M 的 Co (NO3)2, TiCl4, SnCl4, CrCl3, CeCl3, CuCl2, ZnCl2 等含有需掺杂物种的前驱体离子的溶液中的一种或二种以上。
【专利摘要】本发明属于催化技术领域，特别涉及一种具有光电催化性能的金属元素掺杂氧化铁纳米棒催化剂的制备方法。具体为利用溶液热合成方法制备了具有纳米棒状结构的羟基氧化铁，然后在一定气氛中对样品进行煅烧得到具有相同结构的金属元素掺杂氧化铁纳米棒。利用水热法制备掺杂氧化铁的纳米结构具有均匀的形貌，并在可见光区具有吸收特性并在紫外可见光下催化水光电解。溶液热法对制备的样品的掺杂程度和形貌尺寸可控。该工艺制备方法简单易行，制备的材料在光电催化及电化学催化等方面具有良好的应用潜力。
【IPC分类】B01J35/02, B01J23/745, B01J23/75
【公开号】CN105498773
【申请号】CN201410503240
【发明人】俞红梅, 付丽, 张长昆, 贾佳, 迟军, 邵志刚, 衣宝廉
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年9月26日