本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于光電催化的CuFeO₂納米材料的制備方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)入新世紀(jì)以后能源問題成為人類面臨的首要問題，而且傳統(tǒng)化石能源的濫用對人類生存環(huán)境的破壞，也使得開發(fā)新能源成為了緊迫的問題。氫能作為清潔高效的二次能源，來源為清潔的水，儲量豐富，而且燃燒后無污染；利用太陽能光解水產(chǎn)氫技術(shù)，可以有效得將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。1972年Fujishima和Honda報道了第一支TiO₂半導(dǎo)體電極所組成的電化學(xué)電解槽，它通過光解水的方法把光能轉(zhuǎn)換成氫和氧的化學(xué)能。自此，太陽光能光解水產(chǎn)氫的研究在理論及應(yīng)用上都有了很大的進(jìn)步。

將太陽光能通過光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，是太陽光催化分解水制氫的最終目的，作為一種清潔而且能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的利用太陽能的方式其技術(shù)核心是開發(fā)高效、穩(wěn)定的光催化材料。從光解水產(chǎn)氫的機理和其反應(yīng)過程來看，若要開發(fā)出對可見光響應(yīng)范圍廣的光解水催化材料，必須具備以下兩個要素：(1)半導(dǎo)體材料必須具有窄的帶隙(1.23eV<Eg<3.0eV)及匹配的能帶結(jié)構(gòu)；(2)光激發(fā)產(chǎn)生的空穴和電子得到有效的分離，從而阻止其體相與表面的復(fù)合。除了以上兩個條件之外，還需要能夠遷移到催化劑表面上相應(yīng)的反應(yīng)位點，以此產(chǎn)生H₂與O₂。

因此，尋找合適的方法促進(jìn)光生電子與空穴的分離、增加光生載流子的利用率，并且開發(fā)新型光催化材料就成為提高太陽光能分解水產(chǎn)氫效率的關(guān)鍵之處。在眾多半導(dǎo)體材料當(dāng)中，CuFeO₂作為銅鐵礦結(jié)構(gòu)的含銅氧化物(ABO₂)之一，具有p型導(dǎo)電特性，能有效利用太陽光，具有較好的光電催化應(yīng)用潛能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種用于光電催化的CuFeO₂納米材料的制備方法。

本發(fā)明提供的一種用于光電催化的CuFeO₂納米材料的制備方法如下：首先使用溶膠凝膠法制備CuFeO₂前驅(qū)體，然后采用浸漬-提拉工藝在ITO導(dǎo)電玻璃上完成鍍膜，經(jīng)過干燥箱干燥之后，放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行退火處理，進(jìn)而得到納米CuFeO₂薄膜。

本發(fā)明進(jìn)一步給出在上述方法基礎(chǔ)上的具體工藝參數(shù)：

1、配制CuFeO₂前驅(qū)體溶膠的工藝參數(shù)：首先將醋酸銅(Cu(CH₃COOH)₂·H₂O)和硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)按照摩爾比1：1的比例添加到無水乙醇(CH₃CH₂OH)中，常溫下攪拌至溶液澄清，將其在常溫常壓下水解24～72h，制得CuFeO₂前驅(qū)體溶膠備用，所述CuFeO₂前驅(qū)體溶膠的濃度為0.2～0.5mol/L。

2、制備CuFeO₂薄膜的工藝參數(shù)：將清洗干凈的ITO導(dǎo)電玻璃以1～5mm/s的速度在CuFeO₂前驅(qū)體溶膠中浸漬提拉后，放入80℃烘箱中干燥；然后進(jìn)行重復(fù)鍍膜，將完成二次鍍膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于80℃烘箱中干燥1～4h。

3、制備CuFeO₂納米材料的工藝參數(shù)：將干燥后的CuFeO₂薄膜置于馬弗爐中在550℃進(jìn)行退火處理，得到CuFeO₂納米材料。

本發(fā)明的作用機理是：當(dāng)用光照射半導(dǎo)體光催化劑時，半導(dǎo)體會吸收等于或者大于其禁帶寬度的光子使得電子受激發(fā)，從而由價帶躍遷至導(dǎo)帶引入光生電子，并在價帶相應(yīng)位置上留下光生空穴，形成光生電子空穴對。光生電子及光生空穴均具有很強的氧化能力和還原能力。在光電同時作用下，H₂O被空穴氧化生成O₂，而水中的H⁺被還原生成H₂。

本發(fā)明所獲得的CuFeO₂納米材料，經(jīng)紫外可見光分光光度計和電化學(xué)工作站測試后，光電性能明顯提高。

有益效果

1、一種用于光電催化的CuFeO₂納米材料，有助于有效利用太陽能產(chǎn)氫，推廣太陽能的應(yīng)用。

2、一種用于光電催化的CuFeO₂納米材料的制備方法，產(chǎn)物無污染，清潔環(huán)保。

附圖說明

圖1為實施例中所得的CuFeO₂納米材料的掃描電鏡圖像。

圖2為實施例1中所得的CuFeO₂納米材料經(jīng)紫外-可見光分光光度計測試結(jié)果。

圖3為實施例1中所得的CuFeO₂納米材料經(jīng)電化學(xué)工作站測試結(jié)果。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

首先，采用溶膠凝膠法制備0.5mol/L的CuFeO₂前驅(qū)體溶膠，以醋酸銅(Cu(CH₃COOH)₂·H₂O)和硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)分別為銅源和鐵源，以無水乙醇(CH₃CH₂OH)為溶劑，常溫下攪拌至溶液澄清，將其在常溫常壓下水解72h，制得CuFeO₂前驅(qū)體溶膠備用。采用浸漬-提拉法把CuFeO₂前驅(qū)體涂覆在ITO導(dǎo)電玻璃上：將清洗干凈的ITO導(dǎo)電玻璃以1mm/s的速度在CuFeO₂前驅(qū)體溶膠中浸漬并停留20s后再以1mm/s的速度提拉，放入烘箱中在80℃下干燥；然后進(jìn)行重復(fù)鍍膜，將完成二次鍍膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于80℃烘箱中干燥2h。將干燥后的CuFeO₂薄膜置于馬弗爐中在550℃時以2℃/min進(jìn)行退火處理，保溫2h后自然冷卻至室溫，得到CuFeO₂納米材料。

所獲得的CuFeO₂納米材料，成膜致密，掃描電鏡觀察測試結(jié)果如圖1所示。本發(fā)明所獲得的CuFeO₂納米材料經(jīng)紫外可見光分光光度計和電化學(xué)工作站測試后，吸光達(dá)到325nm，光電流達(dá)到1.7mA·cm²(1.2V vs Ag/AgCl)，測試結(jié)果分別如圖2、圖3所示。

實施例2

首先，采用溶膠凝膠法制備0.4mol/L的CuFeO₂前驅(qū)體溶膠，以醋酸銅(Cu(CH₃COOH)₂·H₂O)和硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)分別為銅源和鐵源，以無水乙醇(CH₃CH₂OH)為溶劑，常溫下攪拌至溶液澄清，將其在常溫常壓下水解60h，制得CuFeO₂前驅(qū)體溶膠備用。采用浸漬-提拉法把CuFeO₂前驅(qū)體涂覆在ITO導(dǎo)電玻璃上：將清洗干凈的ITO導(dǎo)電玻璃以2mm/s的速度在CuFeO₂前驅(qū)體溶膠中浸漬并停留20s后再以2mm/s的速度提拉，放入烘箱中在80℃下干燥；然后進(jìn)行重復(fù)鍍膜，將完成二次鍍膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于80℃烘箱中干燥3h。將干燥后的CuFeO₂薄膜置于馬弗爐中在550℃時以2℃/min進(jìn)行退火處理，保溫2h后自然冷卻至室溫，得到CuFeO₂納米材料。

實施例3

首先，采用溶膠凝膠法制備0.3mol/L的CuFeO₂前驅(qū)體溶膠，以醋酸銅(Cu(CH₃COOH)₂·H₂O)和硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)分別為銅源和鐵源，以無水乙醇(CH₃CH₂OH)為溶劑，常溫下攪拌至溶液澄清，將其在常溫常壓下水解48h，制得CuFeO₂前驅(qū)體溶膠備用。采用浸漬-提拉法把CuFeO₂前驅(qū)體涂覆在ITO導(dǎo)電玻璃上：將清洗干凈的ITO導(dǎo)電玻璃以4mm/s的速度在CuFeO₂前驅(qū)體溶膠中浸漬并停留20s后再以4mm/s的速度提拉，放入烘箱中在80℃下干燥；然后進(jìn)行重復(fù)鍍膜，將完成二次鍍膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于80℃烘箱中干燥3h。將干燥后的CuFeO₂薄膜置于馬弗爐中在550℃時以2℃/min進(jìn)行退火處理，保溫2h后自然冷卻至室溫，得到CuFeO₂納米材料。

實施例4

首先，采用溶膠凝膠法制備0.2mol/L的CuFeO₂前驅(qū)體溶膠，以醋酸銅(Cu(CH₃COOH)₂·H₂O)和硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)分別為銅源和鐵源，以無水乙醇(CH₃CH₂OH)為溶劑，常溫下攪拌至溶液澄清，將其在常溫常壓下水解24h，制得CuFeO₂前驅(qū)體溶膠備用。采用浸漬-提拉法把CuFeO₂前驅(qū)體涂覆在ITO導(dǎo)電玻璃上：將清洗干凈的ITO導(dǎo)電玻璃以5mm/s的速度在CuFeO₂前驅(qū)體溶膠中浸漬并停留20s后再以5mm/s的速度提拉，放入烘箱中在80℃下干燥；然后進(jìn)行重復(fù)鍍膜，將完成二次鍍膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于80℃烘箱中干燥1h。將干燥后的CuFeO₂薄膜置于馬弗爐中在550℃時以2℃/min進(jìn)行退火處理，保溫2h后自然冷卻至室溫，得到CuFeO₂納米材料。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，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)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。