α-Fe2O3电极的制备及电化学性质研究

郝迷花

（新乡学院化学化工学院，河南新乡453003）

α-Fe2O3电极的制备及电化学性质研究

郝迷花

（新乡学院化学化工学院，河南新乡453003）

以Fe（N03）3和Na0H为原料，采用沉淀法制备了α-Fe203粉体，并以FT0导电玻璃为基底，采用涂覆法制备了α-Fe203电极。利用红外光谱仪、激光粒度分布仪、扫描电子显微镜和光电化学谱仪对试样进行了表征。结果表明：所制备的α-Fe203粉体粒度约为80 nm，团聚现象较为明显。α-Fe203电极在以0.1 mol/L的硫酸钠乙醇水溶液为电解质的两电极体系中的反应是不可逆的，并出现明显的极化现象。

氧化铁电极；涂覆法；电化学性质

氧化物半导体光电极以其原料丰富且廉价、制备工艺简单和电化学性质稳定等优势赢得了人们的广泛关注，其中Ti02、W03和Fe203是目前研究最多的三种过渡金属氧化物半导体材料，且Fe203在光电化学领域更有应用潜力［1-2］。

α-Fe203化学性质比较稳定，催化活性较高，具有良好的耐热性、耐光性和对紫外线的屏蔽性，是一种对环境污染小、耐腐蚀的理想n型半导体材料，被广泛应用于气体敏感材料、催化剂、磁性材料、记录材料、生物医学等领域［3-5］。本文以Fe（N03）3和Na0H为原料，利用沉淀法制备α-Fe203粉体，采用涂覆法制备α-Fe203电极，并对其电化学性质进行了研究。

1　实验部分

1.1试样制备

将4.37 g Fe（N03）3·9H20和2.38 g Na0H分别溶于10 mL蒸馏水中配成溶液，边搅拌边将Na0H溶液滴加到Fe（N03）3·9H20溶液中，得到红褐色沉淀。抽滤，依次用蒸馏水和乙醇洗涤，80℃下干燥，然后研磨成细粉，放入马弗炉中300℃下处理2 h，得到α-Fe203粉体。称取2 g α-Fe203粉体放入烧杯中，加入等质量的乙二醇以及6 mL无水乙醇和蒸馏水的混合液（乙醇和水的体积比为2∶1），磁力搅拌20 min，超声分散15 min，再放入玛瑙研钵中研磨20 min，得到均匀的浆料。

将FT0导电玻璃切割成2 cm×1.5 cm的块，分别在蒸馏水和无水乙醇中超声清洗20 min。将清洗干净的导电玻璃置于实验台上，导电面向上，用胶带以0.5 cm的间距粘住玻璃两侧。将制备好的氧化铁浆料放置到导电玻璃的一侧，用玻璃棒迅速刮涂至另一侧，擦去多余部分，保留面积1 cm×0.5 cm，放入烘箱中干燥，然后放入箱式电阻炉中煅烧2 h，即得到α-Fe203电极。

1.2试样表征

以蒸馏水为介质超声分散试样后，利用BT-9300H型激光粒度分布仪（丹东百特仪器有限公司）测试试样的粒度分布；利用德国布鲁克TENS0R 27型红外光谱仪采用KBr压片法快速测试试样的红外光谱；利用美国FEI QUANTA FEG 250型场发射扫描电子显微镜对试样进行形貌分析，测试前试样表面喷金处理；利用德国Zahner CIMPS-2光电化学谱仪测试电极的电化学性能，循环伏安法测试时以α-Fe203电极为工作电极、铂电极为对电极和0.1 mol/L的硫酸钠乙醇水溶液为电解质，扫描范围为-0.5～0.5 V，扫描速度为100 mV/s。

2　结果与讨论

2.1试样的红外光谱分析

图1为试样的红外光谱图。由图1可知，3 424 cm-1处的峰是表面的—0H与氧化铁中的结晶水所形成氢键的反对称伸缩振动吸收峰；1 633 cm-1处的峰为0—H的弯曲振动吸收峰，由此可以判定制备产物的表面含有羟基；1 384 cm-1处的峰为Fe—0的弯曲振动吸收峰，1 090 cm-1处的峰是氧化铁表面—0H的弯曲振动吸收峰，559 cm-1和476 cm-1处的峰为Fe—0的伸缩振动吸收峰，为α-Fe203的特征吸收峰。

图1　试样的红外光谱图

2.2试样的粒度和形貌分析

图2为试样的粒度分布图。粉体粒度分布主要集中在70～230 μm区间内，其体积比占35.5%，粒度峰值为198.325 μm，粉体粒度分布范围为0.11～310.25 μm。粒度平均值为103.76 μm，粒度在2.12 μm以下的粉体占10%，粒度在89.07 μm以下的占50%，粒度在240.29 μm以下的占90%，分布宽度为2.67。

图2　试样的粒度分布图

图3为试样的SEM照片。由图3可以看出，所制备的α-Fe203粉体呈不规则的颗粒状，一次粒度约为80 nm，团聚现象较为明显，颗粒之间团聚堆积形成了疏松多孔的结构。

图3　试样的SEM照片

2.3试样的电化学性质分析

图4是α-Fe203作为工作电极在100 mV/s扫速下的循环伏安曲线。由图4可知，当电位从正向负扫描时，三氧化二铁在电极上发生还原反应，三价铁离子生成二价铁离子，产生还原波，其峰电流ipc为4.619×10-6A，峰电位Epc为0.295 V；当逆向扫描时，电极表面上生成的二价铁离子被氧化生成三价铁离子，产生氧化波，其峰电流ipa为-2.189×10-6A，峰电位Epa为-0.395 V，则ipa/ipc〈1，ΔEp＞65 mV。根据电极反应可逆的判断标准可知：制备的α-Fe203电极在0.1 mol/L的硫酸钠乙醇水溶液中的反应过程是不可逆的，同时出现了明显的极化现象。

图4　试样的循环伏安曲线

3　结论

（1）以Fe（N03）3和Na0H为主要原料，采用沉淀法制备了α-Fe203粉体，一次粒度约为80 nm，团聚现象较为明显；（2）试样的红外光谱中出现了α-Fe203的特征吸收峰；（3）α-Fe203电极在以0.1 mol/L的硫酸钠乙醇水溶液为电解质的两电极体系中的反应是不可逆的，并出现了明显的极化现象。

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

［2］张明龙.超声喷雾热解制备α-Fe203薄膜及其光电化学性质研究［D］.南京：南京大学，2012：42-50.

［3］李苗苗.氧化铁及其复合半导体材料的制备、表征与性质研究［D］.西安：陕西科技大学，2013：1-15.

［4］王萍.半导体氧化物（Zn0、ZnFe204、α-Fe203）光阳极的电化学制备及其光电化学性能研究［D］.杭州：浙江大学，2014：3-20.

［5］徐昭远.α-Fe203薄膜的制备以及掺杂Ta对其光电特性的影响［D］.上海：华东理工大学，2014：4-10.

【责任编辑黄艳芹】

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，河南清丰人，副教授，硕士，研究方向：分析化学。