一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的光电催化阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌形成异质结的光电催化材料及制备方法。实验通过精准的三次水热和钝化处理，制备得到钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌形成异质结的光电催化剂。该异质结制备方法为：首先采用去离子水、二水合钨酸钠、草酸钾、六水合硝酸钴、六水合氯化镍混合搅拌，通过水热法制备得到前驱体；然后将前驱体进行干燥和烧结得到钴镍掺杂三氧化钨；然后采用六水合氯化铁、硝酸钠、六水合硝酸锌混合进行二次水热法、烧结和氢氧化钠浸泡制备铁酸锌薄膜；最后通过水热法负载一层镍铁氧钝化层。钴镍掺杂三氧化钨负载铁酸锌薄膜后形成的异质结，与普通的铁酸锌相比，具有性能优良，抗光腐蚀性能优异以及性能稳定等显著优点。显著优点。显著优点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的光电催化阳极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电催化材料化学领域，具体涉及一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂材料以及制备方法。

技术介绍

[0002]传统的化石能源由于大量无节制的开采而导致资源短缺，同时其具有不可再生的特点，并且容易造成相应的环境污染。氢能是一种清洁无污染、资源储量丰富、能量密度高的优质新型能源。关于氢能的研究分为析氢反应和析氧反应，其中析氧反应广泛应用于纯净氧气、氢能中间体、杀菌消毒设备光电材料以及污染物降解材料的制备与研究过程中。光催化析氧反应发生于材料的表面，往往催化效率不高，需要克服溶液以及外电路电阻等阻力，需要较大的过电势。光电催化通过施加偏压，可有效实现电子和空穴的分离，提高光电转化效率。因此，开发具有可见光活性的新型的光电催化光阳极材料已经成为一项重要的研究课题。
[0003]公布号为CN114602486A的专利技术专利公布了一种镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法及其产品与应用，实验首先通过钨酸盐与强酸溶液搅拌混合反应以及离心洗涤后得到三氧化钨，然后通过与弱碱溶液混合并加入镍盐搅拌反应和离心洗涤后得到镍离子掺杂三氧化钨。本专利技术专利与公布号CN114602486A的专利不同之处在于，实验首先采用二水合钨酸盐、六水合氯化镍、六水合硝酸钴、草酸钾混合搅拌，并通过调节溶液的pH值营造最佳性能的反应环境，属于双金属掺杂；本专利技术专利的制备方法属于水热法，与公布号CN114602486A的专利所公布的搅拌反应法不同，而且掺杂离子的加入顺序也不相同。
[0004]公布号为CN103007950A的专利技术专利公布了一种镍离子掺杂三氧化钨催化剂及其制备方法以及应用。实验首先通过双氧水和钨粉加热搅拌，掺杂镍离子源为乙酸镍，然后通过加热搅拌和陈化，最后加热和煅烧得到镍离子掺杂三氧化钨催化剂。本专利技术专利与公布号CN103007950A的专利不同之处在于，实验首先采用二水合钨酸盐、六水合氯化镍、六水合硝酸钴、草酸钾混合搅拌，并通过调节溶液的pH值营造最佳性能的反应环境，属于双金属掺杂，同时本专利技术专利的制备方法属于水热法，与公布号CN103007950A的专利所述的加热搅拌反应法有所不同。
[0005]公布号为CN110970607A的专利技术专利公布了一种钴掺杂三氧化钨/CNTs纳离子电池负极材料的制备方法。实验中通过水热法制备得到钴掺杂三氧化钨，然后在表面生长碳纳米管用作钠离子电池负极材料。本专利技术专利与公布号CN110970607A的专利不同之处在于，实验首先采用二水合钨酸盐、六水合氯化镍、六水合硝酸钴、草酸钾混合搅拌，并通过调节溶液的pH值营造最佳性能的反应环境，属于双金属掺杂；同时本专利技术专利的用途主要是光电催化析氧反应的行业，与公布号CN110970607A的专利所述的锂离子电池负极材料行业不同。
[0006]文献“王颖捷，沈昱，刘淑红，石津如，等. WO3/ZnFe2O4纳米材料的构建及降解抗生
素性能. 大连交通大学学报，2019年10月，第40卷，第5期”公布了一种固相研磨法制备三氧化钨和铁酸锌复合材料的过程方法，本专利技术专利对基底三氧化钨进行了钴镍掺杂处理，在此基础上通过水热法制备了铁酸锌异质结，最后加以钝化层处理，制备得到了高性能的钴镍掺杂三氧化钨和铁酸锌异质结光电催化光阳极材料。
[0007]本专利技术通过精准有序的三次水热法制备了钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结光电催化光阳极材料，该光阳极催化材料具有性能优异，抗光腐蚀性能优异以及性能稳定性优异等显著优点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的是提供一种性能高效、抗腐蚀性能优异的光电催化剂。
[0009]为了完成上述目的，本专利技术提供一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的光电催化剂材料。
[0010]本专利技术的的制备方法简单，价格低廉，制备的新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂光电化学性能优良，其在可逆氢电势下的性能为2.395毫安/平方厘米，8000秒稳定性测试后，光电流性能依旧维持在1.843毫安/平方厘米的高性能。
[0011]本专利技术的技术方案：本专利技术提出的一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂材料，其特征在于，该光电催化光阳极材料是通过精准有序的三次水热法制备了钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结光电催化光阳极材料，最后负载上一层镍铁氧钝化层，使得该光阳极材料的光电流性能得到极大的提升，同时抗光腐蚀性能和性能稳定性保持优异。
[0012]本专利技术提出的一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂材料，其特征在于，包括下面的步骤：步骤（1）：将去离子水、二水合钨酸钠、草酸钾、六水合硝酸钴、六水合氯化镍混合搅拌均匀，放置导电玻璃进行水热反应制备得到钴镍掺杂三氧化钨前驱体；将样品取出，分别用乙醇和去离子水清洗三遍以上并进行真空干燥；将前驱体样品进行烧结得到钴镍掺杂三氧化钨样品，并进行密封保存；步骤（2）：将六水合氯化铁、硝酸钠、六水合硝酸锌、去离子水、混合搅拌均匀，放置钴镍掺杂三氧化钨的导电玻璃样品进行水热反应得到异质结前驱体，然后进行干燥、烧结和氢氧化钠浸泡得到异质结，并用去离子水和乙醇清洗三遍以上并进行真空干燥，进行高温烧结；步骤（3）：最后，放置异质结导电玻璃样品，通过水热法负载一层镍铁氧钝化层，并用去离子水和乙醇清洗三遍以上并进行真空干燥，制得钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂材料。
[0013]一个优选方案是，在所述步骤（1）中，称取2.5~4.5毫摩尔的二水合钨酸钠、0.4~0.6毫摩尔的草酸钾、0.04~0.1毫摩尔的六水合硝酸钴、0.05~0.1毫摩尔的六水合氯化镍与40~45毫升的去离子水，放入烧杯中进行搅拌，溶液用2摩尔/升的盐酸溶液调节pH值，溶液pH值调节范围至0.8~1.2，搅拌6小时后制得均匀的水热反应溶液，溶液以浑浊的浅白绿色为最佳，放入导电玻璃进行水热反应，导电玻璃的沉积面应当朝下放置，水热反应溶液转移体积需要检测不要全部浸没导电玻璃，预留2毫米
×
10毫米的未浸没部分，水热的温度应当
设置为170~190摄氏度，水热反应的时间应当设置为20~30小时。
[0014]一个优选方案是，在所述步骤（2）中，称取4~8毫摩尔的六水合硝酸锌、5~10毫摩尔的硝酸钠、5~10毫摩尔的六水合氯化铁与50毫升的去离子水混合搅拌溶解，搅拌30分钟后制备得到均匀的水热反应溶液，放入碳掺杂三氧化钨导电玻璃样品进行水热反应，导电玻璃的沉积面应当朝下放置，预留4毫米
×
10毫米的未浸没部分，水热反应的温度应当设置为90~115摄氏度，水热反应的时间应当设置为5~8小时。
[0015]一个优选方案是，在所述步骤（3）中，称取20~30毫摩尔的六水合氯化铁和20~30毫摩尔的六水合氯化镍混合搅拌溶解，放入导电玻璃进行水热反应，导电玻璃的沉积面应当朝下放置，预留6毫米
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10毫米的未浸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结光电催化阳极材料，其特征在于，该光电催化光阳极材料是通过精准有序的三次水热反应制备而得，最后进行钝化处理，使得该光阳极材料的光电流性能得到极大的提升，同时催化剂的抗光腐蚀性能优异，光电流稳定性能优异。2.新型的钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的光电催化剂材料，其特征在于，包括下面的步骤：步骤（1）：将去离子水、二水合钨酸钠、草酸钾、六水合硝酸钴、六水合氯化镍混合搅拌均匀，放置导电玻璃进行水热反应制备得到钴镍掺杂三氧化钨前驱体；将样品取出，分别用乙醇和去离子水清洗三遍以上并进行真空干燥；将前驱体样品进行烧结得到钴镍掺杂三氧化钨样品，并进行密封保存；步骤（2）：将六水合氯化铁、硝酸钠、六水合硝酸锌、去离子水、混合搅拌均匀，放置钴镍掺杂三氧化钨的导电玻璃样品进行水热反应得到异质结前驱体，然后进行干燥、烧结和氢氧化钠浸泡得到异质结，并用去离子水和乙醇清洗三遍以上并进行真空干燥，进行高温烧结；步骤（3）：最后，放置异质结导电玻璃样品，通过水热法负载一层镍铁氧钝化层，并用去离子水和乙醇清洗三遍以上并进行真空干燥，制得钴镍掺杂三氧化钨与铁酸锌异质结的新型光电催化剂材料。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，称取2.5~4.5毫摩尔的二水合钨酸钠、0.4~0.6毫摩尔的草酸钾、0.04~0.1毫摩尔的六水合硝酸钴、0.05~0.1毫摩尔的六水合氯化镍与40~45毫升的去离子水，放入烧杯中进行搅拌，溶液用2摩尔/升的盐酸溶液调节pH值，溶液pH值调节范围至0.8~1.2，搅拌6小时后制得均匀的水热反应溶液，溶液以浑浊的浅白绿色为最佳，放入导电玻璃进行水热反应，导电玻璃的沉积面应当朝下放置，水热反应溶液转移体积需要检测不要全部浸没导电玻璃，预留2毫米

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊伟，曹立新，刘泉理，黄俊霖，华玉婷，薛邴森，刘亚辰，朱富余，曹亚楠，阮传亮，董思涵，牛雨晴，臧传福，臧芳菲，任思颖，董博华，郭金明，刘杰，师振华，蒲帅，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：