本發(fā)明涉及光電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)的氧化鐵-硫化鉬-氧化亞銅催化薄膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題日益加重，尋求高效無(wú)害的環(huán)境友好的污染治理技術(shù)已成為人類亟待解決的課題。光電催化技術(shù)以其高效、無(wú)害、能耗低、環(huán)境友好等特點(diǎn)而備受矚目，在環(huán)境凈化和新能源開(kāi)發(fā)方面具有巨大的潛力，并且展現(xiàn)了其優(yōu)越的應(yīng)用前景。此技術(shù)的關(guān)鍵在于制備高效、穩(wěn)定的光催化薄膜。然而，發(fā)展高效且實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)的光催化材料仍舊是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
fe2o3作為一種可見(jiàn)光響應(yīng)型半導(dǎo)體材料，其帶隙能為2.2ev，最大吸收波長(zhǎng)為560nm，在紫外和可見(jiàn)光照射下均有較好的光響應(yīng)。此外，其還兼有物理和化學(xué)穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)成本低、對(duì)環(huán)境危害低等優(yōu)點(diǎn)。但是，fe2o3材料缺點(diǎn)在于光生電子和空穴易復(fù)合且光吸收系數(shù)小，致使光催化活性較低。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)fe2o3催化劑進(jìn)行摻雜或復(fù)合改性來(lái)提高fe2o3光催化活性的研究應(yīng)運(yùn)而生。
mos2是良好的二維片狀納米材料，由于其優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而在光催化、鋰離子電池和光電子器件等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，其比表面積大，可以做為基底材料固定多種材料。另外，cu2o的帶隙為2～2.2ev，也是一種理想的光催化劑。
為了提高可見(jiàn)光催化劑活性，抑制光生電子-空穴的復(fù)合，目前，通常將兩種能帶結(jié)構(gòu)匹配的半導(dǎo)體復(fù)合，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合光催化劑。一般可采取改性摻雜及半導(dǎo)體復(fù)合等方法。其中，半導(dǎo)體復(fù)合是將兩種或多種帶隙相互匹配的不同光催化劑進(jìn)行復(fù)合，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合光催化劑，而其催化活性也遠(yuǎn)高于單個(gè)半導(dǎo)體材料的催化性能。但不同半導(dǎo)體之間能帶和結(jié)構(gòu)等均存在著較大差異，只有將價(jià)帶和導(dǎo)帶位置相互匹配的兩種或多種光催化材料進(jìn)行復(fù)合，才能最大程度的減少電子和空穴的復(fù)合，提升光催化效果。因此，尋找能夠相互匹配的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合從而形成高效穩(wěn)定的光催化劑是關(guān)鍵。
對(duì)于如何提升光催化性能，不同材料自身的導(dǎo)電性能、帶隙能、價(jià)帶(或?qū)?位置等多種因素都會(huì)對(duì)其有所影響，目前多數(shù)研究注重于兩種半導(dǎo)體的復(fù)合，其光催化效果不盡如人意，而多種半導(dǎo)體共復(fù)合的研究較少。然而，多種半導(dǎo)體共摻雜改性可以取得協(xié)同作用效果，使催化劑性能得到質(zhì)的提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜材料及其制備方法，復(fù)合光催化材料表現(xiàn)出較高的光催化活性及穩(wěn)定性，且制備方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。
一種氧化鐵-硫化鉬-氧化亞銅光催化薄膜的制備方法，包括如下步驟：
(1)采用三電極體系，以fe2+的前驅(qū)體溶液作為電解液，導(dǎo)電基底作為工作電極，石墨電極為對(duì)電極，ag/agcl電極作為參比電極，進(jìn)行電沉積；再經(jīng)煅燒處理制得fe2o3薄膜；
(2)將步驟(1)制得的fe2o3薄膜浸沒(méi)于mos2的前軀體溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌得到fe2o3-mos2薄膜；
(3)以cu2o的前驅(qū)體溶液作為電解液，以步驟(2)制得的fe2o3-mos2薄膜為負(fù)極，fto導(dǎo)電玻璃為正極，進(jìn)行電泳沉積，制得fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜。
本發(fā)明方法通過(guò)三步將mos2、cu2o構(gòu)筑到fe2o3薄膜上，制得的fe2o3-mos2-cu2o薄膜表面均勻、薄膜面積易控制；活性物質(zhì)穩(wěn)定性好，不易剝落。另外，將fe2o3、mos2、cu2o半導(dǎo)體材料進(jìn)行復(fù)合制備成fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，可有效提高催化劑的可見(jiàn)光響應(yīng)性及光催化活性。
上述制備路線中，各步驟的具體工藝條件如下：
(一)步驟(1)中：
所述導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃(fto)等。
在電沉積之前需要預(yù)先清洗、烘干導(dǎo)電基底。
所述fe2+的前驅(qū)體溶液由可溶性亞鐵鹽和溶劑a配制而成，可溶性亞鐵鹽可為硝酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、醋酸亞鐵或草酸亞鐵等，溶劑a為乙二醇、甲醇、乙醇和水中的一種或幾種。作為優(yōu)選，可溶性亞鐵鹽為氯化亞鐵，溶劑a為乙二醇和水的混合液，乙二醇與水的體積比為1：4～12。
優(yōu)選地，所述fe2+的前驅(qū)體溶液中的fe2+摩爾濃度為0.01～0.2m。
光催化薄膜的光電催化活性很大程度上與薄膜厚度有關(guān)，薄膜厚度太薄或太厚，均會(huì)影響薄膜的光活性和光生載流子的遷移，而只有當(dāng)薄膜厚度適中時(shí)，光不但激發(fā)產(chǎn)生載流子,且能提高載流子的遷移速率，從而提高薄膜的光電催化活性。
本發(fā)明的制備方法中光催化劑薄膜的總厚度基本上等于電沉積形成的薄膜厚度、水熱法形成的薄膜厚度與電泳沉積形成的薄膜厚度之和。電沉積的溫度、時(shí)間及工作電壓直接關(guān)系到電解沉積的產(chǎn)物和形成的產(chǎn)物的質(zhì)量(即電沉積薄膜的厚度)。電沉積完成后，需通過(guò)高溫煅燒進(jìn)一步氧化，而煅燒溫度和時(shí)間也直接影響生成的fe2o3的晶相，從而可影響復(fù)合膜的光催化性能。
可通過(guò)調(diào)控電沉積參數(shù)及煅燒參數(shù)來(lái)控制成膜有效面積和質(zhì)量。
優(yōu)選地，步驟(1)中，電沉積的溫度為40～90℃，電沉積的電壓為1～2v，電沉積的時(shí)間為0.5～10min；
進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(1)中，電沉積的溫度為60～80℃，電沉積的電壓為1～1.5v，電沉積的時(shí)間為4～6min。通過(guò)電沉積工藝參數(shù)控制電沉積得到的催化薄膜的厚度，薄膜厚度太薄，不能充分吸收光，且作為基底時(shí)，不能充分發(fā)揮其催化活性；薄膜太厚則影響光生載流子的遷移。當(dāng)薄膜厚度適中時(shí)，光不但激發(fā)產(chǎn)生載流子,且能提高載流子的遷移速率，從而提高薄膜的光電催化活性。
優(yōu)選地，所述煅燒處理的溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間為1～5h；進(jìn)一步優(yōu)選，煅燒處理的溫度為450～550℃，煅燒時(shí)間為1～3h，通過(guò)恒溫煅燒溫度和時(shí)間控制催化薄膜的結(jié)晶度。在優(yōu)選的煅燒溫度下，材料具有良好的結(jié)晶度，晶相為α-fe2o3，光催化活性較高。當(dāng)煅燒溫度較低時(shí)，材料的結(jié)晶性很差，極大地限制光催化活性；當(dāng)煅燒溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)因?qū)щ娀椎哪蜔釡囟认拗贫绊懩さ男纬伞?/p>
(二)步驟(2)中：
優(yōu)選地，所述mos2的前軀體溶液由鉬鹽、硫脲和水配制而成，其中，鉬鹽為四硫代鉬酸銨和/或鉬酸銨。
優(yōu)選地，所述mos2的前軀體溶液中，鉬鹽的濃度為0.001～0.006m，硫脲的濃度為0.01～0.08m；進(jìn)一步優(yōu)選，鉬鹽的濃度為0.001～0.003m，硫脲的濃度為0.02～0.03m。
優(yōu)選地，進(jìn)行水熱反應(yīng)時(shí)，薄膜的導(dǎo)電面朝上，在重力作用下，導(dǎo)電面朝上更有利于自然沉降，制得的薄膜表面均勻；導(dǎo)電面朝下時(shí)，mos2層在基底層上生長(zhǎng)不均勻，從而在一定程度上影響薄膜的光電性能。
本發(fā)明中，采用水熱法制得fe2o3-mos2薄膜，而mos2薄膜的厚度主要通過(guò)控制水熱反應(yīng)的時(shí)間和溫度來(lái)控制，優(yōu)選地，水熱反應(yīng)的溫度為200～400℃，反應(yīng)時(shí)間為1～5h；進(jìn)一步優(yōu)選，水熱反應(yīng)的溫度為200～250℃，反應(yīng)時(shí)間為1～3h；最優(yōu)選地，水熱反應(yīng)溫度為220℃，反應(yīng)時(shí)間為2h；
(三)步驟(3)中：
步驟(3)的基底為步驟(2)制得的fe2o3-mos2薄膜，在進(jìn)行步驟(3)的電泳沉積前，需先對(duì)fto導(dǎo)電玻璃用去離子水沖洗并自然晾干備用。電泳沉積時(shí)以cu2o的前驅(qū)體溶液作為電解液，在fe2o3-mos2薄膜上進(jìn)行電泳沉積后，自然干燥獲得fe2o3-mos2-cu2o薄膜。
所述cu2o前驅(qū)體溶液由cu2o粉末、i2和丙酮配制而成。
優(yōu)選地，所述cu2o前驅(qū)體溶液中，cu2o粉末的濃度為0.1～2g/l，i2的濃度為0.01～1g/l；進(jìn)一步優(yōu)選，cu2o粉末的濃度為0.5～1g/l，i2的濃度為0.1～0.5g/l。
電泳沉積的電壓和時(shí)間均會(huì)對(duì)膜厚產(chǎn)生一定的影響，為了獲得適宜的膜厚，優(yōu)選地，電泳沉積的電壓為1～8v，沉積時(shí)間為1～10min；進(jìn)一步優(yōu)選，電泳沉積的電壓為3～8v，沉積時(shí)間為4～6min。
本發(fā)明還提供了一種由上述方法制備得到的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，所得fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜由下至上依次包括位于導(dǎo)電基底上的fe2o3薄膜以及位于fe2o3薄膜上的mos2薄膜和cu2o薄膜。
光催化薄膜的光電催化活性與膜厚有關(guān)，薄膜太厚影響光生載流子的遷移。厚度適中的摻雜膜能激發(fā)載流子的產(chǎn)生，還能提高載流子的遷移速率，從而提高摻雜膜的光電催化活性。
本發(fā)明的制備方法中光催化劑薄膜的總厚度基本上等于電沉積形成的薄膜厚度、水熱法形成的薄膜厚度與電泳沉積形成的薄膜厚度之和。
所得fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的厚度為700～800nm。該厚度下，所得fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜能激發(fā)載流子的產(chǎn)生，還能提高載流子的遷移速率，從而提高摻雜膜的光電催化活性。
本發(fā)明還包括一種利用所制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜處理含酚廢水中的應(yīng)用。
本發(fā)明中，采用電沉積法、水熱法和電泳沉積的方法制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜成膜均勻，穩(wěn)定性好，活性成分不易剝落且薄膜面積和薄膜厚度易控制。所制得的fe2o3-mos2-cu2o薄膜的光生電子和空穴分離效率高，具有良好的光電催化活性。通過(guò)測(cè)定，在可見(jiàn)光照下，制備的復(fù)合光催化薄膜的光電流相對(duì)于fe2o3薄膜提高了8倍左右。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明制備了一種高效可見(jiàn)光響應(yīng)的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜材料，利用具有不同能帶結(jié)構(gòu)的兩種光催化劑相結(jié)合，形成的協(xié)同作用大大提高了光催化性能。在可見(jiàn)光照下，制備的復(fù)合光催化薄膜的光電流相對(duì)于fe2o3薄膜提高了8倍左右。
(2)本發(fā)明fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，并且經(jīng)濟(jì)成本較低。通過(guò)對(duì)電沉積時(shí)間和沉積溫度等參數(shù)的調(diào)控，形成不同的單成分摩爾含量的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜。
附圖說(shuō)明
圖1為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜、對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的xrd對(duì)比圖；
圖2為對(duì)比例1～3制備的fe2o3薄膜、fe2o3-mos2薄膜、fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的可見(jiàn)光照交替下的線性掃描伏安曲線；
圖3為對(duì)比例1～3制備的fe2o3薄膜、fe2o3-mos2薄膜、fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的暗處條件下測(cè)得的交流阻抗圖(eis圖譜)；
圖4為對(duì)比例1～3制備的fe2o3薄膜、fe2o3-mos2薄膜、fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的可見(jiàn)光條件下測(cè)得的交流阻抗圖(eis圖譜)
圖5為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖6為對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖7為對(duì)比例3制備的fe2o3-cu2o薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖8為實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖9為實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的穩(wěn)定性分析。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的制備方法包括如下步驟：
(1)以fe2+的前驅(qū)體溶液作為電解液，使用chi660e型電化學(xué)工作站采用三電極體系進(jìn)行電沉積，即以經(jīng)過(guò)清洗、烘干處理之后的導(dǎo)電基底導(dǎo)電玻璃(fto)為工作電極，石墨電極為對(duì)電極，ag/agcl電極作為參比電極，待其自然晾干后進(jìn)行恒溫煅燒獲得fe2o3薄膜；
本實(shí)施案例中的fe2+的前驅(qū)體溶液的制備方法如下：稱取一定量的fecl2·4h2o溶于一定體積的乙二醇和蒸餾水中，fe2+的前驅(qū)體溶液中，fe2+的濃度為0.02m,乙二醇與蒸餾水的體積比為1：8。
通過(guò)電沉積工藝參數(shù)控制電沉積得到的催化薄膜的厚度，本實(shí)施例中電沉積工藝參數(shù)如下：電沉積溫度為70℃，工作電壓為1.36v，沉積時(shí)間為5min。然后將沉積好的導(dǎo)電基底晾干后放入馬弗爐中，在500℃下恒溫煅燒2h，即得到fe2o3薄膜。
(2)將步驟(1)制得的fe2o3薄膜自然晾干后，導(dǎo)電面朝上傾斜放置，浸沒(méi)于mos2的前軀體溶液中，將其置于高壓反應(yīng)釜中，用水熱法制得fe2o3-mos2薄膜；
本實(shí)施例中的mos2的前軀體溶液為鉬酸銨((nh4)6mo7o24·4h2o)、硫脲(h2ncsnh2)和水的混合溶液；硫脲的濃度為0.025m，鉬酸銨的濃度為0.002m；
本實(shí)施例中，采用水熱法制得fe2o3-mos2薄膜，而mos2薄膜的厚度主要通過(guò)控制高壓反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度來(lái)控制，本實(shí)施例中，水熱反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)溫度為220℃。
(3)以cu2o的前驅(qū)體溶液作為電解液，采用二電極體系進(jìn)行電泳沉積，即以步驟(2)制得的fe2o3-mos2薄膜為負(fù)極，fto為正極，制得fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，測(cè)得膜厚度為740nm。
本實(shí)施案中cu2o粉末的制備方法如下：
在100ml0.1m的naoh溶液中加入0.2g醋酸銅粉末并不斷攪拌，之后加入0.1mm的抗壞血酸且不斷攪拌，待溶液均勻后，用去離子水清洗離心分離數(shù)次，之后80℃真空干燥。
本實(shí)施案例中cu2o的前驅(qū)體溶液的制備方法如下：
將0.02gcu2o粉末與0.005gi2溶于25ml丙酮中，超聲5min后不斷攪拌。
通過(guò)電泳沉積工藝參數(shù)控制催化薄膜的厚度，本實(shí)施例中電泳沉積工藝參數(shù)如下：電泳沉積溫度為室溫，工作電壓為5v，沉積時(shí)間為5min。
對(duì)比例1
(1)以fe2+的前驅(qū)體溶液作為電解液，經(jīng)過(guò)清洗、烘干處理之后的導(dǎo)電基底作為工作電極，石墨電極為對(duì)電極，ag/agcl電極作為參比電極，進(jìn)行電沉積。
本實(shí)施例中的導(dǎo)電基底為fto玻璃(規(guī)格為10mm×50mm×2mm)，在電沉積之前依次用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗10min，然后取出晾干。
本次實(shí)施例中fe2+的前驅(qū)體溶液的配置方法與實(shí)施例1相同。
通過(guò)電沉積工藝參數(shù)控制電沉積得到的薄膜的厚度，本實(shí)施例步驟(1)中電沉積工藝參數(shù)如下：電沉積溫度為70℃，工作電壓為1.36v，沉積時(shí)間為5min。然后將沉積好的工作電極放入馬弗爐中，在500℃進(jìn)行煅燒2h即得到fe2o3薄膜。
對(duì)比例2
將對(duì)比例1制得的fe2o3薄膜自然晾干后，導(dǎo)電面朝上傾斜放置，放入mos2的前軀體溶液中，水熱反應(yīng)后，待其自然冷卻至室溫，經(jīng)蒸餾水洗滌，得到fe2o3-mos2薄膜；
本實(shí)施例中的水熱反應(yīng)的溫度為220℃，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)；
mos2的前軀體溶液的配置方法與實(shí)施例1相同。
對(duì)比例3
將對(duì)比例1制得的fe2o3薄膜作為負(fù)極，fto為正極，以cu2o的前驅(qū)體溶液作為電解液，采用二電極體系進(jìn)行電泳沉積，制得fe2o3-cu2o光催化薄膜。
本實(shí)施例中電泳沉積工藝參數(shù)如下：電泳沉積溫度為室溫，工作電壓為5v，沉積時(shí)間為5min。
cu2o的前軀體溶液的配置方法與實(shí)施例1相同。
圖1為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜、對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的xrd對(duì)比圖。由圖1可以看出，fe2o3-mos2薄膜的圖譜在fe2o3薄膜的圖譜基礎(chǔ)上明顯多出了mos2物質(zhì)的衍射特征峰，這說(shuō)明在fe2o3薄膜上成功生成了mos2；而且，fe2o3-mos2-cu2o薄膜的圖譜在fe2o3-mos2薄膜的圖譜基礎(chǔ)上又明顯多出了cu2o物質(zhì)的衍射特征峰。由此說(shuō)明，這三種物質(zhì)很好地結(jié)合在一起。
圖2為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜、對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜、對(duì)比例3制備的fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的可見(jiàn)光照交替下的線性掃描伏安曲線。由圖2可知，在可見(jiàn)光照下，fe2o3-mos2-cu2o薄膜的光電流相對(duì)于fe2o3薄膜提高了8.5倍。相較于fe2o3薄膜，mos2和cu2o的分別摻雜均對(duì)薄膜的催化活性有所提升，單純cu2o的摻雜制得的催化劑光電流要比單純mos2摻雜制得的催化劑高。但兩者共摻雜的光電催化活性更為顯著。
圖3為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜、對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜、對(duì)比例3制備的fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的暗處條件下測(cè)得的交流阻抗圖(eis圖譜)；圖4為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜、對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜、對(duì)比例3制備的fe2o3-cu2o薄膜和實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的可見(jiàn)光條件下測(cè)得的交流阻抗圖(eis圖譜)。
fe2o3-mos2薄膜、fe2o3-cu2o薄膜和fe2o3-mos2-cu2o薄膜在暗處和可見(jiàn)光下的eis譜圖的圓弧半徑相較于fe2o3薄膜均呈減小趨勢(shì)。在電化學(xué)交流阻抗譜中，阻抗環(huán)半徑越小，說(shuō)明該材料的電阻越小，光生電荷遷移能力越強(qiáng)。由此可知，mos2和cu2o的摻入使得光生電子-空穴的更有效分離，提高了光生載流子的轉(zhuǎn)移速率。復(fù)合后的fe2o3-mos2-cu2o薄膜電極的電荷傳遞電阻變小，且光生電子與空穴的分離速率變快。
圖5為對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖6為對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖7為對(duì)比例3制備的fe2o3-cu2o薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖；
圖8為實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的mott-schottky曲線圖。
由圖5～8中曲線可知，摻雜了mos2之后，光電流的起始電位由-0.45v(fe2o3)正移到-0.2v(fe2o3-mos2)；摻雜了cu2o之后，光電流的起始電位由-0.45v(fe2o3)正移到-0.38v(fe2o3-cu2o)；共摻雜了mos2和cu2o之后，光電流的起始電位由-0.45v(fe2o3)正移到-0.25v(fe2o3-mos2-cu2o),復(fù)合電極的平帶電勢(shì)正移0.2v，而平帶電勢(shì)的正移使薄膜的氧化能力增強(qiáng)，有利于其產(chǎn)氧能力的提高。
圖9為實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在0.1mnaoh溶液中的穩(wěn)定性分析。由圖9可知，fe2o3-mos2-cu2o薄膜在經(jīng)過(guò)5次循環(huán)測(cè)定可見(jiàn)光條件下的光電流后，光電流減少很小，穩(wěn)定性較好。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中待處理廢水為苯酚廢水，其中苯酚的初始濃度為10mg/l。
本實(shí)施例的基于實(shí)施例1中制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的廢水處理方法，處理過(guò)程如下：
待處理廢水的ph值約為6，進(jìn)行光電催化降解。光電催化處理時(shí)采用的光催化陽(yáng)極包括導(dǎo)電基底和包覆于導(dǎo)電基底表面的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜(由實(shí)施例1制得)，陰極為鈦片。
本實(shí)施例中光電催化處理時(shí)，在光催化電極對(duì)施加工作電壓前，還對(duì)待處理廢水進(jìn)行暗吸附處理，暗吸附處理時(shí)間為30min。
光電催化處理時(shí)施加在光催化陽(yáng)極和陰極之間的工作電壓為2.5v，在可見(jiàn)光照射的條件下進(jìn)行。反應(yīng)時(shí)間為6h。
為保證待處理廢水在反應(yīng)過(guò)程中濃度均勻，在光電催化處理過(guò)程中，對(duì)待處理廢水進(jìn)行磁力攪拌。
在本實(shí)施例的條件下，實(shí)施例1制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的苯酚去除率為86.8％；對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜的苯酚去除率為40.3％，對(duì)比例2制備的fe2o3-mos2薄膜的苯酚去除率為48.6％。這說(shuō)明改性后的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜在可見(jiàn)光下光電催化活性有明顯提高。
實(shí)施例3
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(1)中，fe2+的前驅(qū)體溶液中fe2+的來(lái)源為硫酸亞鐵，fe2+的摩爾濃度為0.2m。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能與按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜相近，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了8倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為85.5％。
實(shí)施例4
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(1)中，電沉積的溫度為90℃，電沉積的電壓為2v，電沉積的時(shí)間為2min；煅燒處理的溫度為600℃，煅燒時(shí)間為1h。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能劣于按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了7倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為80.1％。
實(shí)施例5
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(1)中，電沉積的溫度為40℃，電沉積的電壓為1.02v，電沉積的時(shí)間為10min；煅燒處理的溫度為450℃，煅燒時(shí)間為5h。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能劣于按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了6倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為78.9％。
實(shí)施例6
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(2)中，mos2的前軀體溶液中鉬鹽為四硫代鉬酸銨，硫脲的濃度為0.07m，四硫代鉬酸銨的濃度為0.006m。步驟(2)中，水熱反應(yīng)的溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間為5h。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能劣于按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了7倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為82.2％。
實(shí)施例7
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(2)中，水熱反應(yīng)的溫度為250℃，反應(yīng)時(shí)間為3h。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能與按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜相近，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了8倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為86.4％
實(shí)施例8
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(2)中，水熱反應(yīng)的溫度為400℃，反應(yīng)時(shí)間為1h。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能劣于按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了6倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為79.7％。
實(shí)施例9
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(3)中，cu2o的前驅(qū)體溶液中，cu2o粉末的濃度為0.5g/l，i2的濃度為0.5g/l。電泳沉積的工作電壓為8v，沉積時(shí)間為4min。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能與按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜相近，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了8倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為85.9％。
實(shí)施例10
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(3)中，電泳沉積的工作電壓為3v，沉積時(shí)間為6min。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能與按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜相近，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了8倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為86.2％。
實(shí)施例11
重復(fù)實(shí)施例1和2的操作步驟，不同之處在于制備fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的過(guò)程中，步驟(3)中，電泳沉積的工作電壓為1v，沉積時(shí)間為10min。
在本實(shí)施例的條件下制備的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜光電化學(xué)性能劣于按實(shí)施例1條件制得的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜，相較于對(duì)比例1制備的fe2o3薄膜，本實(shí)施例的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜的光電流(即電流密度)相應(yīng)提高了6倍；在可見(jiàn)光條件下對(duì)苯酚的降解率為73.5％。
由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明制備得到的fe2o3-mos2-cu2o光催化薄膜具有優(yōu)異的可見(jiàn)光催化活性、電催化性能和穩(wěn)定性。
以上所述的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。