1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会发展，以煤、石油和天然气为主的化石能源消耗越来越多，远不能满足未来的能源需求，而且，燃烧使用各种化石燃料会不断加剧环境污染。因此，开发清洁能源来缓解能源危机与环境污染问题是一个极为重要的研究内容，受到了越来越多的关注。在众多清洁能源中，氢能具有显著的优势，一是燃烧值高，二是产物为水，不会对环境造成污染，氢能成为取之不尽用之不竭、环境友好型的可再生能源，是一种替代化石能源的理想能源。目前，可利用光解水反应制氢，实现从太阳能到化学能的转化并进行储存。太阳能是现存最为丰富的一次能源，水资源也在地球上广泛分布，使得光解水成为一条制取氢气的可持续发展的途径。

自1972年fujishima和honda教授首次研究发现纳米tio₂半导体电极具有催化光解水的能力，在随后的四十多年里，高效催化水分解体系被投入越来越多的研究。为了实现这一目标，用作催化剂的半导体材料需具有对可见光吸收强，能有效分离并运输载流子，电荷转换快，价带与导带位置分别满足析氧、析氢条件，且在腐蚀性环境中能保持良好的稳定性等性能。对于tio₂纳米材料，其禁带宽度为3.0 ev，只能吸收占全部太阳光约4 %的紫外光，可见光吸收率低。相比之下，三氧化二铁(α-fe₂o₃，赤铁矿)纳米材料具有较大的优势。α-fe₂o₃禁带宽度适宜（2.1-2.2 v），能够吸收利用波长在295 nm-590 nm之间所有的太阳光，大约占全部太阳光的40 %左右，且资源丰富，制造成本低。理论上α-fe₂o₃是一种高效的催化水分解的材料，其光解水效率可达16.8 %，光生电流密度可达12.6 ma/cm²,但其实际催化水分解的效率远远低于理论值，造成这一问题的主要原因包括：α-fe₂o₃导电性差，光生空穴平均自由程短（2-4 nm），激发态载流子寿命短，而且在α-fe₂o₃与电解质溶液界面上发生的析氧反应（oer）动力学慢。

目前纳米α-fe₂o₃的制备方法主要有水热法、原子层沉积、阳极氧化法、溶胶—凝胶法、喷雾热分解法和常压化学气相沉积法等。水热法可以通过对反应时间、温度和反应物浓度等条件控制来控制纳米材料的尺寸和形貌，一般来说，高温会使晶粒的尺寸减小，而延长时间则会使晶粒的尺寸变大；原子层沉积是将物质以单原子膜的形式一层一层的镀在基底表面的方法，可控制掺杂浓度与沉积厚度；阳极氧化法是金属及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，在外加电流的作用下，在阳极的表面形成一层氧化膜的过程，misran利用该方法在铁箔的表面上生长出了α-fe₂o₃的纳米管阵列；溶胶—凝胶法制得的产品纯度高、质量好、可以涂覆在各种导电基底上，sivula利用该方法制备出了多孔的纳米α-fe₂o₃电极，并将其应用于光催化分解水中，显示出了较好的光催化性能；喷雾热分解法可以获得超细的纳米粉体，制备的纳米材料具有颗粒可控、成分均匀和纯度较高的优点，此方法目前已被大规模推广应用；常压化学气相沉积所需的系统简单而且反应速度较快，gratzel利用该方法制备了目前文献报道中性能最好的纳米α-fe₂o₃光电极。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

（1）水热法制备feooh中间体。主要研究feooh中间体形成的条件和过程。以三氯化铁为铁源，尿素提供碱性环境，将其置于装有fto玻璃基底的高压釜中，控制反应温度、反应时间、ph值，得到一定尺寸及形貌的feooh纳米纳米棒。

（2）高温煅烧得到fe₂o₃。高温煅烧不仅使feooh转化为fe₂o₃，而且使纳米fe₂o₃材料具有光催化的活性，主要分析高温煅烧过程中，煅烧温度与时间对fe₂o₃光电化学性能的影响极其机理。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，熟悉实验所需原料、仪器和设备。确定实验技术方案，并完成开题报告；

第4-7周：采用水热、煅烧、电沉积、光沉积等方法制备不同金属m掺杂的fe₂o₃光电化学复合材料；

第8-11周：完成m/fe₂o₃复合纳米材料的光电化学性能测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张兆志，魏雨，刘辉，程敬泉，王焕英. zn、ni掺杂对制备纳米α-fe₂o₃的影响研究[j]. 人工晶体学报. 2010，39:1429-1433.

[2] 邓久军. 纳米α相三氧化二铁光解水制氢研究 [d]. 苏州：苏州大学材料系，2013.

[3] 王莹. 三氧化二铁极其复合物的合成与应用研究 [d]. 扬州：扬州大学，2012.