郝迷花

（新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

α-Fe2O3電極的制備及電化學(xué)性質(zhì)研究

郝迷花

（新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

以Fe（N03）3和Na0H為原料，采用沉淀法制備了α-Fe203粉體，并以FT0導(dǎo)電玻璃為基底，采用涂覆法制備了α-Fe203電極。利用紅外光譜儀、激光粒度分布儀、掃描電子顯微鏡和光電化學(xué)譜儀對試樣進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：所制備的α-Fe203粉體粒度約為80 nm，團(tuán)聚現(xiàn)象較為明顯。α-Fe203電極在以0.1 mol/L的硫酸鈉乙醇水溶液為電解質(zhì)的兩電極體系中的反應(yīng)是不可逆的，并出現(xiàn)明顯的極化現(xiàn)象。

氧化鐵電極；涂覆法；電化學(xué)性質(zhì)

氧化物半導(dǎo)體光電極以其原料豐富且廉價(jià)、制備工藝簡單和電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢贏得了人們的廣泛關(guān)注，其中Ti02、W03和Fe203是目前研究最多的三種過渡金屬氧化物半導(dǎo)體材料，且Fe203在光電化學(xué)領(lǐng)域更有應(yīng)用潛力［1-2］。

α-Fe203化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，催化活性較高，具有良好的耐熱性、耐光性和對紫外線的屏蔽性，是一種對環(huán)境污染小、耐腐蝕的理想n型半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于氣體敏感材料、催化劑、磁性材料、記錄材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域［3-5］。本文以Fe（N03）3和Na0H為原料，利用沉淀法制備α-Fe203粉體，采用涂覆法制備α-Fe203電極，并對其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試樣制備

將4.37 g Fe（N03）3·9H20和2.38 g Na0H分別溶于10 mL蒸餾水中配成溶液，邊攪拌邊將Na0H溶液滴加到Fe（N03）3·9H20溶液中，得到紅褐色沉淀。抽濾，依次用蒸餾水和乙醇洗滌，80℃下干燥，然后研磨成細(xì)粉，放入馬弗爐中300℃下處理2 h，得到α-Fe203粉體。稱取2 g α-Fe203粉體放入燒杯中，加入等質(zhì)量的乙二醇以及6 mL無水乙醇和蒸餾水的混合液（乙醇和水的體積比為2∶1），磁力攪拌20 min，超聲分散15 min，再放入瑪瑙研缽中研磨20 min，得到均勻的漿料。

將FT0導(dǎo)電玻璃切割成2 cm×1.5 cm的塊，分別在蒸餾水和無水乙醇中超聲清洗20 min。將清洗干凈的導(dǎo)電玻璃置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，導(dǎo)電面向上，用膠帶以0.5 cm的間距粘住玻璃兩側(cè)。將制備好的氧化鐵漿料放置到導(dǎo)電玻璃的一側(cè)，用玻璃棒迅速刮涂至另一側(cè)，擦去多余部分，保留面積1 cm×0.5 cm，放入烘箱中干燥，然后放入箱式電阻爐中煅燒2 h，即得到α-Fe203電極。

1.2試樣表征

以蒸餾水為介質(zhì)超聲分散試樣后，利用BT-9300H型激光粒度分布儀（丹東百特儀器有限公司）測試試樣的粒度分布；利用德國布魯克TENS0R 27型紅外光譜儀采用KBr壓片法快速測試試樣的紅外光譜；利用美國FEI QUANTA FEG 250型場發(fā)射掃描電子顯微鏡對試樣進(jìn)行形貌分析，測試前試樣表面噴金處理；利用德國Zahner CIMPS-2光電化學(xué)譜儀測試電極的電化學(xué)性能，循環(huán)伏安法測試時(shí)以α-Fe203電極為工作電極、鉑電極為對電極和0.1 mol/L的硫酸鈉乙醇水溶液為電解質(zhì)，掃描范圍為-0.5～0.5 V，掃描速度為100 mV/s。

2　結(jié)果與討論

2.1試樣的紅外光譜分析

圖1為試樣的紅外光譜圖。由圖1可知，3 424 cm-1處的峰是表面的—0H與氧化鐵中的結(jié)晶水所形成氫鍵的反對稱伸縮振動(dòng)吸收峰；1 633 cm-1處的峰為0—H的彎曲振動(dòng)吸收峰，由此可以判定制備產(chǎn)物的表面含有羥基；1 384 cm-1處的峰為Fe—0的彎曲振動(dòng)吸收峰，1 090 cm-1處的峰是氧化鐵表面—0H的彎曲振動(dòng)吸收峰，559 cm-1和476 cm-1處的峰為Fe—0的伸縮振動(dòng)吸收峰，為α-Fe203的特征吸收峰。

圖1　試樣的紅外光譜圖

2.2試樣的粒度和形貌分析

圖2為試樣的粒度分布圖。粉體粒度分布主要集中在70～230 μm區(qū)間內(nèi)，其體積比占35.5%，粒度峰值為198.325 μm，粉體粒度分布范圍為0.11～310.25 μm。粒度平均值為103.76 μm，粒度在2.12 μm以下的粉體占10%，粒度在89.07 μm以下的占50%，粒度在240.29 μm以下的占90%，分布寬度為2.67。

圖2　試樣的粒度分布圖

圖3為試樣的SEM照片。由圖3可以看出，所制備的α-Fe203粉體呈不規(guī)則的顆粒狀，一次粒度約為80 nm，團(tuán)聚現(xiàn)象較為明顯，顆粒之間團(tuán)聚堆積形成了疏松多孔的結(jié)構(gòu)。

圖3　試樣的SEM照片

2.3試樣的電化學(xué)性質(zhì)分析

圖4是α-Fe203作為工作電極在100 mV/s掃速下的循環(huán)伏安曲線。由圖4可知，當(dāng)電位從正向負(fù)掃描時(shí)，三氧化二鐵在電極上發(fā)生還原反應(yīng)，三價(jià)鐵離子生成二價(jià)鐵離子，產(chǎn)生還原波，其峰電流ipc為4.619×10-6A，峰電位Epc為0.295 V；當(dāng)逆向掃描時(shí)，電極表面上生成的二價(jià)鐵離子被氧化生成三價(jià)鐵離子，產(chǎn)生氧化波，其峰電流ipa為-2.189×10-6A，峰電位Epa為-0.395 V，則ipa/ipc〈1，ΔEp＞65 mV。根據(jù)電極反應(yīng)可逆的判斷標(biāo)準(zhǔn)可知：制備的α-Fe203電極在0.1 mol/L的硫酸鈉乙醇水溶液中的反應(yīng)過程是不可逆的，同時(shí)出現(xiàn)了明顯的極化現(xiàn)象。

圖4　試樣的循環(huán)伏安曲線

3　結(jié)論

（1）以Fe（N03）3和Na0H為主要原料，采用沉淀法制備了α-Fe203粉體，一次粒度約為80 nm，團(tuán)聚現(xiàn)象較為明顯；（2）試樣的紅外光譜中出現(xiàn)了α-Fe203的特征吸收峰；（3）α-Fe203電極在以0.1 mol/L的硫酸鈉乙醇水溶液為電解質(zhì)的兩電極體系中的反應(yīng)是不可逆的，并出現(xiàn)了明顯的極化現(xiàn)象。

［1］FUJISHIMA A，H0NDA K.Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode［J］.Nature，1972，238（15）：37-42.

［2］張明龍.超聲噴霧熱解制備α-Fe203薄膜及其光電化學(xué)性質(zhì)研究［D］.南京：南京大學(xué)，2012：42-50.

［3］李苗苗.氧化鐵及其復(fù)合半導(dǎo)體材料的制備、表征與性質(zhì)研究［D］.西安：陜西科技大學(xué)，2013：1-15.

［4］王萍.半導(dǎo)體氧化物（Zn0、ZnFe204、α-Fe203）光陽極的電化學(xué)制備及其光電化學(xué)性能研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2014：3-20.

［5］徐昭遠(yuǎn).α-Fe203薄膜的制備以及摻雜Ta對其光電特性的影響［D］.上海：華東理工大學(xué)，2014：4-10.

【責(zé)任編輯黃艷芹】

Preparationofα-Fe2O3ElectrodesandItsElectrochemicalProperties

HAO Mihua
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xinxiang University，Xinxiang 453003，China）

Using Fe（N03）3and Na0H as raw materials，α-Fe203powder was prepared by direct precipitation，and α-Fe203electrodes were made by coating method with the substrates of the FT0 glass.The sample was characterized by infrared spectrometer，the laser particle size distribution analyzer，the scanning electron microscope and photoelectrochemical spectrometer.The results showed that the primary particles size of α-Fe203powder was about 80 nm，and the phenomenon of agglomeration was obvious.The reaction of α-Fe203electrode in the two electrode system with 0.1 mol/L sodium sulfate aqueous solution as electrolyte was irreversible，and there was apparent polarization phenomenon.

iron oxide electrode；coating method；electrochemical properties

0614.81

A

2095-7726（2015）09-0019-03

2015-06-20

郝迷花（1966-），女，河南清豐人，副教授，碩士，研究方向：分析化學(xué)。