[发明专利]石墨烯改性CoOOH/Fe2

说明书

本发明提供了一种石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃复合电极材料及制备方法，包括以下步骤：（1）将制备好的Fe₂O₃纳米棒阵列置于GO分散液中，利用水热‑还原法在Fe₂O₃表面生长还原rGO，得到rGO纳米片修饰的Fe₂O₃光电极；（2）通过浸渍‑水解法在所述rGO/Fe₂O₃表面原位生长CoOOH纳米片，得到CoOOH/rGO/Fe₂O₃复合光电极。本发明中不仅能够在CoOOH/Fe₂O₃电极中形成rGO纳米导电网络促进电子的传输，同时rGO限域作用减小了CoOOH纳米尺寸，从而使水氧化活性位点充分暴露，将其用作光电分解水阳极具有光电转化效率高、稳定性好等优点。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃复合电极材料及制备方法。

背景技术

氢能因其具有高能量值，绿色环保和燃烧无二次污染等优点，是替代煤炭、石油和天然气等不可再生的化石能源的理想绿色能源之一。光电化学分解水技术利用太阳能作为驱动力，在电极表面还原水释放氢气，是获得氢能的最理想方法。但目前光电极的光电转化效率距离理论效率还有很大差距，还不能满足应用要求。因此，进一步改善光电催化性能以提升太阳能转化氢能效率，是推动光电化学分解水技术规模化应用的关键。

Fe₂O₃具有合适的带隙、优异的化学稳定性、无毒无污染和低成本等优点，是一种被广泛研究的光电极材料。但是导电性差和光生电荷载流子寿命短，水氧化反应的过电势较高等缺点导致Fe₂O₃具有较低的光生电荷分离效率，从而限制其在光电化学分解水中的应用。在Fe₂O₃界面修饰电催化层不仅能够构建新的催化活性位点，缓解半导体表面水氧化反应动力学慢的问题，而且能有效促进电子-空穴的分离。羟基氢氧化钴(CoOOH)具有独特的层状结构，在高效产氧助催化剂领域展现了广阔的应用开发前景。其中，二维CoOOH纳米片因其大的比表面积，具有丰富的催化活性位点；同时其超薄纳米结构，有效缩短载流子传输距离，提高光生载流子分离效率。近期，CoOOH纳米片作为电催化层与Fe₂O₃异质结，在光电分解水性能研究中显著降低了水氧化过电位，降低了载流子复合几率，从而提高了光电极的光电催化水氧化性能（J. Energy Chem.，2021，56，152-161.）。但单一的CoOOH电催化层修饰并不能解决所得复合光电极导电性差的问题，使其电子-空穴分离效率仍受到严重的限制。因此，如何改善CoOOH/Fe₂O₃电极界面对提升电极的光电转化效率具有重要的意义。rGO是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面二维纳米材料，具有良好的导电性能。因而，以石墨烯作为CoOOH/Fe₂O₃电子传输层有望提高其光生电荷分离效率、抑制Fe₂O₃光阳极载流子复合，为构筑高效的载流子传输提供了理论指导。

发明内容

本发明提出了一种石墨烯改性CoOOH/Fe₂O₃复合电极材料及制备方法，利用水热-还原法在Fe₂O₃表面生长rGO纳米导电网络，进一步通过浸渍-水解法并利用rGO空间限制作用，在所述rGO/Fe₂O₃表面原位生长CoOOH纳米片作为电催化层，制备了高性能CoOOH/rGO/Fe₂O₃复合光电极，解决了CoOOH/Fe₂O₃导电性能差和载流子复合严重的问题，有效提高光电分解水效率。

实现本发明的技术方案是：