Fe2O3TiO2复合纳米结构阵列的制备及其可见光分解水性能的研究

Fe2O3/TiO2复合纳米结构阵列的制备及其可见光分解水性能的研究绪论1.1引言目前，伴随着人口数量的快速增长以及经济的迅猛发展，人类的生活正面临能源紧缺和化石能源产生的环境污染等严峻问题。由于对能源的需求日渐旺盛,使得人们不得不努力研究新的可再生能源，以缓解能源环境压力。[1]新能源具有很大发展潜力,它的开发利用对一个国家而言是一项重要的战略机遇，在优化能源结构、缓解能源供需矛盾、建立环境友好型社会、促进经济发展等方面也发挥了举足轻重的作用,开发新能源已然成为一种共识。尽管核能、风能、地热能、太阳能、生物质能等清洁能源的开发利用已经基本成熟，但仍然各有各的不足。如核能资源的利用率低、反应后会产生有害的核废料、安全性不可靠、投资大、费用高；风能一方面因能量密度低导致其开发利用所需空间大，另一方面因间断式供应导致其只适合小规模利用；地热能与空调的一些特性类似，大规模的开发利用必将使地面的表层土壤遭到破坏，对生态环境不利；而太阳能对于地球来说是取之不尽、用之不竭的清洁能源，其必将处于新能源的主导地位。[2]那么怎样利用太阳能？光电催化就可以很好地解决太阳能在捕获、转化和储存方面的问题，在能源和环境领域有良好的应用前景。[3]而其中光解水制氢技术又有着不可比拟的优势，其制造工艺简单，技术相对成熟，产品纯度高，一般能达到99.7%以上。它的工作原理是太阳能转化成化学能，与电催化产氢相比具有更低的过电位，是最具潜力的大规模制氢的技术。该方法以半导体整合催化剂作为光电极，在阴极产生氢气、在阳极产生氧气，可用光电流密度来评估光电极的光电性能。而N型半导体α-Fe2O3是众多半导体中比较合适做光阳极的材料，首先，它有稳定的刚玉结构，另外，纳米α-Fe2O3电极的带隙为~2.2eV，所以它可以吸收太阳光中绝大部分可见光，除此之外纳米α-Fe2O3电极还具有化学稳定性好、无毒、耐光腐蚀性好、含量丰富等优点。1.2研究背景及意义1.2.1光催化的理论依据光催化制氢是一种环保的新能源利用方式，它的原理是分解水，反应方程式如（1）（2）：光解水的过程涉及半导体对光的吸收、体相电子-空穴对的激发分离，电子空穴会迁移到表面，催化分解水。半导体吸收光后，有还原能力的电子被激发到导带，有氧化能力的空穴则留在价带。由量子力学理论可知，电子、空穴分别占据价带和导带能级，价带顶和导带底之间的压降称为禁带宽度，数值上为价带和导带之间的能量间隔，也可称之为“带隙”。因此，只有能量大于半导体的禁带宽度的光才能被半导体吸收。在光解水过程中，水氧化成氧气发生在光电阳极，水还原成氢气发生在阴极。从反应方程式（1）（2）来看，将水氧化成1mol氧气分子需要4mol空穴的参与，而水还原成氢气只需要2mol电子，因此水的氧化过程要复杂得多。如何对水氧化过程进行优化，是该技术的难点。因此，廉价、无污染、高效率的光电阳极的制备变得至关重要。用作光解水的半导体阳极需具备如下条件：（1）光阳极禁带宽度>分解水的最小电压（1.23eV）从热力学的角度看，水是一种非常稳定的化合物。光电解水有打开H-O键的过程，水分解产生H2和O2的反应属于热力学吸热反应，且Gibbs自由能为237.18KJ/mol。常温下，分解水需要最小电压为1.23eV，即半导体最小的禁带宽度应为1.23eV。但事实上，受载流子迁移造成的能量损失以及表面过电位等因素的影响，半导体禁带宽度至少是1.8eV。[4]同时，价带和导带的位置不能在两侧偏离过多，如果带隙太大，反而会降低太阳光的利用率。根据光吸收的波长阈值λg与禁带宽度Eg的关系，即λg=1240/Eg，计算结果表明，禁带宽度小于3.1eV才具有可见光响应。综合上述分析，半导体的能带结构又要满足分解水的基本要求，又不能过大，这些都对光催化剂有着严苛的要求，半导体材料同时满足要求并不容易。（2）价带能级比水的氧化电位正当吸收光的能量大于半导体的带隙时，电子从价带被激发到导带，带正电的空穴则留在导带，这时就要求价带的氧化能力比水的氧化电位正，才能保证半导体起到催化水分解的作用。对于一般的半导体，导带能级具有的活性电子的还原性比水的还原电位负，如TiO2等。但是也有半导体还原性比水的还原电位正，此时就要需要加载电压才能实现，如α-Fe2O3。1.3光催化材料利用太阳光催化分解水的技术起源可以追溯到20世纪70年代，Fujishima和Honda首次通过由金红石型TiO2单晶作为光电阳极和Pt作为阴极组成的光化学电池，在近紫外光（380nm）的照射并施加外部偏压的作用下，使水在常温下分解为了H2和O2，光电催化分解水制氢的研究从此开始发展。[5]用在光电化学电池之中光电阳极的最常见的材料有：金属硫化物（CdS）、Ⅲ-Ⅴ族化合物（BiVO4）、过渡金属氧化物（α-Fe2O3、TiO2、ZnO）等。[6]比如TiO2，禁带宽度为2.4eV，且有无毒、储存丰富、化学性能稳定等优点，可以吸收太阳光之中的紫外光，对太阳光的吸收利用率也较高，但电子-空穴极易复合，量子效率较低，致使光电催化分解水效率降低。ZnO的能带结构（禁带宽度3.2eV）与TiO2相似，ZnO对可见光吸收利用效率较低，只能够利用紫外光，光催化量子效率比较低，所以光催化效率也低。除此之外，ZnO在光的照射下还容易出现光化学腐蚀，这些缺点使其不能作为有效的光电阳极材料。需对它们进行掺杂、表面修饰等改性的方法进行优化，[7]才能提高它们的光电催化性能。1.4α-Fe2O3纳米材料的研究现状1.4.1α-Fe2O3的结构特征据研究知，对太阳光的吸收转换效率大于10%的材料才具有大规模利用的价值，然而，Murphy等人的预测结果表明，[8]在AM太阳光1.5照射下，TiO2对阳光的最大转换效率为2.2%，而α-Fe2O3对太阳光的吸收利用率高达12%，拥有良好的光催化活性，并且有着良好的稳定性，无毒无害，储量丰富。因此α-Fe2O3被视为当下极具潜力的光电阳极半导体材料。常见的铁氧化物按晶体结构分为α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3、Fe3O4、α-FeOOH等，其中，α-Fe2O3（赤铁矿）是各种的二价铁和三价铁的化合物热力学转变之后的最终产物，是室温下铁最稳定的氧化物，也是最常见的结晶型氧化铁。α-Fe2O3是很典型的n型半导体，带隙为~2.2eV，最大的光吸收波长约为（<590-652nm）,属于六方晶系，呈六方刚玉结构，[9]其晶格常数为：a=5.0356Å，b=13.7489Å，Fe3+填充2/3八面体空隙，Fe（O）6配位八面体共棱连接成垂直三次对称轴的层，两个实心八面体和一个空心八面体在平行c轴方向交替排列，[10]其结构如图1示：图1α-Fe2O3的晶体结构1.4.2α-Fe2O3优势与挑战α-Fe2O3是如今较为受关注的半导体材料，纳米α-Fe2O3除了有纳米材料的基本特性之外，还具有很多不可替代的优势。其化学性质在中性环境下比较稳定，有着合适的带隙宽度（Eg=2.1eV），且截止波长为590-652nm的光能被其吸收利用，与一些宽带隙半导体（如TiO2、ZnO）相比，其可吸收波长大于295nm可见光中40%的太阳光，催化活性较高，磁性、耐光性、耐热性、耐候性以及对紫外线的屏蔽性都比较好。并且其储存量丰富，无毒、分散性好，在电子、磁性记录材料、传感器、磁光器件等方面应用范围较广。尽管理论上α-Fe2O3的光催化分解水效率高达12.9%，但现实的各种实验研究已经证明并不能达到其理论值。α-Fe2O3本身就有一些缺陷，其空穴传输距离短、体相载流子寿命短（<10ps）、电子-空穴复合几率高，并且其还原性比水还原电位正，表面析氧动力较差，此时就要需要加载电压。由于这些缺点的存在，提高α-Fe2O3的光催化性能的研究仍面临着巨大挑战。1.4.3α-Fe2O3纳米材料的优化方案半导体光催化剂是一种良好的将光能转化成化学能的材料。[11]Fe2O3作为典型的窄禁带半导体(能带间隙约为2.2eV)材料,由于其光敏性好、氧化性强及材料体系稳定等特点，在光催化领域引起了非常广泛的研究兴趣。但其有着空穴传输距离短、体相载流子寿命短（<10ps）、电子-空穴复合几率高等缺点，并且其还原性比水还原电位正，表面析氧动力较差。而TiO2作为一种典型的n型半导体材料,因具有良好的催化活性、热传导性和化学稳定性,在光解水、传感器、光催化及染料敏化太阳能电池等领域均得到广泛应用。理论上，Fe2O3与TiO2构成的复合纳米结构能够有效抑制光生电子和空穴复合。基于此，本文采用水热法制备Fe2O3/TiO2复合纳米管阵列，结合SEM、XRD、UV-Vis等，对其形貌、结构及光学性能进行表征，研究Fe2O3/TiO2纳米结构的可见光催化性能，并对其机理进行分析。1.5本论文的选题意义和主要研究内容1.5.1选题意义能源问题是当今世界所面临的重大挑战，因为能源滥用和匮乏而导致的环境污染也成为了对人类健康和动植物生存的最大威胁，相比于核能发电、风力发电、火力发电等总是存在着一些不确定因素，或者并不是纯粹的无污染的化学反应，光催化技术作为一种高级的绿色氧化技术，具有无可比拟的优势，更加经济且高效（无毒、能耗低、成本低、无二次污染、反应时间快、几乎可以去除所有难降解的有机物）。n型金属氧化物半导体材料α-Fe2O3是常温下铁的最稳定氧化物，其较窄的带隙宽度（~2.2eV），且纳米α-Fe2O3具有耐光性、良好的耐候性、较高的表面活性、磁性以及对紫外光良好的吸收和屏蔽效应，可以充分地吸收和利用太阳光中的可见光，其独特的化学与物理性质在催化剂、光解水、锂离子电池研究等方面扮演着重要的角色，并被广泛运用于催化、滤光、涂料、功能陶瓷和磁性材料等领域。[12]据研究报道，α-Fe2O3纳米材料的形貌、粒径都会影响材料的表面积及内部的禁带结构，从而影响其对可见光的吸收率。与此同时，α-Fe2O3纳米棒的载流子寿命较短，电子-空穴复合率极高，这些特性会使其对可见光的实际吸收效率比理想效率低。因此，对α-Fe2O3纳米棒的生长机制进行深入的研究，尝试多种研制复合材料，开发出优化方法，研究其光电催化性能，从而提升光催化效率，有着十分重要的现实意义。2.5.2主要研究内容α-Fe2O3作为无毒且廉价的n型氧化物半导体，在光电化学分解水的应用方面一直倍受关注。α-Fe2O3的带隙为~2.2eV，对应吸收的太阳光波长可以达到560nm，是较为理想的光电转换材料。另外，它还具良好的抗腐蚀性和较高的光吸收系数。但块体α-Fe2O3载流子寿命比较短，其光生的电子-空穴的复合率极高，这些都降低了光电转换效率。本文主要研究TiO2/Fe2O3纳米棒阵列的制备及其光电化学特性。2α-Fe2O3/TiO2复合纳米材料的制备与表征本次课题主要内容是以水热法制备出FeOOH煅烧后得到α-Fe2O3以及通过二步水热法和煅烧法合成TiO2/Fe2O3复合纳米材料，再对两种样品进行XRD物相分析、SEM表征分析、紫外-可见光吸收光谱测量、光电化学性质测试、Mott-Schttky测试分析，由最后得到的数据图进行总结。2.1实验材料与仪器表SEQ表\*ARABIC1实验材料药品名称规格来源六水合三氯化铁分析纯国药集团化学试剂丙酮分析纯国药集团化学试剂硝酸钠分析纯国药集团化学试剂浓盐酸分析纯国药集团化学试剂浓硫酸分析纯国药集团化学试剂无水乙醇分析纯国药集团化学试剂氢氧化钠分析纯国药集团化学试剂钛酸四丁酯分析纯国药集团化学试剂FTO导电玻璃3×1cm广东华南相城有限公司去离子水18.2MΩ·cm-1实验室自制表SEQ表\*ARABIC2实验器材名称型号规格生产厂家电子天平BS223S天津兰力科电化学工作站ZAHNER天津兰力科马弗炉SX-GO7123上海振华仪器反应釜100ml中环实验电炉公司扫描电镜IGMA/VP德国卡尔蔡司公司X-射线光电子能谱仪K-alpha英国模拟太阳光源Solys2上海振华公司2.2α-Fe2O3/TiO2复合纳米材料的制备1.Fe2O3纳米薄膜制备首先，将FTO导电玻璃（1×2cm）依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗20分钟。再将FTO导电玻璃浸入含有20ml去离子水、0.75ulHCl、0.86gFeCl3·6H2O和1.7gNaNO3的100ml不锈钢高压反应釜中。将高压釜转移至烘箱中，并在95℃下保温12小时，FTO上生成一层淡黄色的α-FeOOH薄膜，再将样品用去离子水洗涤，在空气中晾干。将晾干的样品放到管式炉之中，先在550℃的空气中煅烧2小时，然后在750℃空气中煅烧10分钟，高温加热后α-FeOOH会转变为高度结晶性Fe2O3纳米棒阵列。如图2示，成功制备α-FeOOH及退火后的α-Fe2O3。图2左边黄色样品为水热法制备的FeOOH薄膜；右边红色样品为750℃退火得到的α-Fe2O3纳米薄膜2.α-Fe2O3/TiO2复合纳米材料的制备首先，将FTO导电玻璃（1×2cm）依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗20分钟。再将FTO导电玻璃浸入含有10ml去离子水、2mlHCl、0.6mlH2SO4、0.18ml钛酸四丁酯的100ml不锈钢高压反应釜中。将高压釜转移至烘箱中并在150℃下保温80分钟，FTO基底上生成一层白色的TiO2薄膜，再将样品用去离子水洗涤，在空气中晾干。然后将表面生长TiO2的FTO玻璃浸入含有20ml去离子水、0.75ulHCl、0.86gFeCl3·6H2O和1.7gNaNO3的100ml不锈钢高压反应釜中。将高压釜转移至烘箱中并在95℃下保温12小时，TiO2薄膜上生成一层淡黄色的α-FeOOH薄膜，再将样品用去离子水洗涤，在空气中晾干。将样品放到管式炉中，先在550℃空气中煅烧2小时，然后在750℃空气中煅烧10分钟，高温加热后TiO2/α-FeOOH会转变为高度结晶性TiO2/Fe2O3纳米棒阵列。2.3样品的结构与光学性质表征2.3.1XRD物相分析X射线的衍射（XRD）测试是对样品用X射线衍射，从而获得XRD衍射图谱。通过对图谱的分析，我们可以得知样品的成分、纯度、结晶度、晶格结构等信息。[13]经过水热法制作的α-Fe2O3纳米棒二步水热法制作的TiO2/Fe2O3纳米棒阵列的XRD如图3所示，除了基板FTO上一些元素（氟、锡、锌等）的吸收峰外，并没有检测到其它杂质，衍射峰峰位均与α-Fe2O3和锐钛矿TiO2一致。其中Fe2O3晶向为（104）（110）（116）（300），TiO2晶向为（101）（200）。图3α-Fe2O3纳米棒和TiO2/Fe2O3纳米棒阵列的XRD图谱2.3.2SEM表征分析扫描电子显微镜（SEM）是利用二次电子信号表征被测样品的表面形态结构，具有较大的放大倍数，能够直接观测到样品表面的细微的结构。X射线能谱仪可以对样品的特定区域成分进行分析，[14]我们通过扫描电子显微镜（SEM）对TiO2和样品TiO2/Fe2O3纳米棒阵列进行了形貌、粒度及成分分析。如图4所示，TiO2表面颗粒大小50nm左右；TiO2/Fe2O3样品呈棒状结构，规则有序，且颗粒均匀紧密排列，位于TiO2/Fe2O3样品表面颗粒是由100nm的小颗粒组成，但样品表面更粗糙，且表面附着有更小的纳米棒，这更有助于提高样品的可见光催化活性。图4左边为TiO2、右边为TiO2/Fe2O3样品形貌的扫描电镜照片2.3.3紫外-可见光吸收光谱测试与分析样品吸收强度和吸收波长范围是决定材料光电化学性能的重要参数。由图可知，TiO2/Fe2O3纳米棒阵列在波长450-525nm有较强的吸收峰，在波长为550nm时吸收强度迅速下降，600-700nm波长处的吸收强度很弱。吸收边都为610nm附近，对应带隙约为2.03eV，450nm到550nm复合材料吸收强度比纯氧化铁有所提升。图5Fe2O3和TiO2/Fe2O3的紫外-可见光吸收光谱3样品的光电化学性能测试与机理分析3.1TiO2/Fe2O3光电流密度及稳定性本论文的实验过程中，光电化学性能测试是利用电化学工作站对制备的样品进行标准的三电极光电流测试。测试之前，用环氧树脂封装测试面积为1cm2的工作电极,测试采用标准的三电极体系，以TiO2/Fe2O3纳米棒阵列为工作电极，用铂丝作对电极和Ag/AgCl作参比电极，以1MpH为13.6的NaOH为电解液，并且用AM1.5G太阳光模拟片的500W氙灯作为光源，工作电极的照射区域距离背面1cm2，扫描速率为10mV/s，光照强度调整为100mW/cm2。在1.23V对RHE的固定电极电位下评估光响应度和光电极稳定性（i-t）曲线，本文中光阳极的所有电位与RHE：VRHE=VAg/AgCl+0.197+0.059PH。在100kHz至0.01Hz的频率范围内以及5mV的调制幅度下，在1.23Vvs.RHE的偏压、模拟太阳光照下收集EIS图。Mott-Schottky测试是在黑暗条件下以1kHz的AC频率获得的。3.1.1TiO2/Fe2O3光电流密度测试与分析光电流密度和光电流起始电位是衡量光电化学性质的两个重要指标，对TiO2/Fe2O3而言，光电流起始电位表示扫描过程中光电流由负值变为正值的电位值，理想电极起始电位为其平带电位，起始电位大小代表了光阳极所能提供的光电压大小的能力。[15]其中起始电位越低表示光阳极体系吸收的光能量越多。但实际上，一般的起始电位会比理论上的起始电位高一些，显现出过电位现象。在本文中，起始电位定义为光电流密度大于零时的电位值，由下图可以看出Fe2O3和TiO2/Fe2O3的起始电位均为0.6VvsRHE。起始电位与电流密度关系由J-V曲线表示，光电流密度反映电极体系电子-空穴复合的情况，衡量了单位时间内穿过半导体-电解液体系参与反应的空穴数量。我们知道水的理论分解电位为1.23V，由图分析可知，在模拟太阳光照射下，电位1.23VvsRHE时，Fe2O3光电流密度约为0.3mA/cm2，TiO2/Fe2O3光电流密度约为0.71mA/cm2，起始电位均为0.6VvsRHE，实验结果表明，采用TiO2对Fe2O3纳米材料进行优化后，光电阳极的性能有了显著的提升。另外，从图6的暗电流可以推断出，在没有光照的情况下，光电阳极的光电流不会随着电位的变化而产生明显改变，说明了光照在水分解过程中有着重要作用，是光解水的能量来源。图SEQ图\*ARABIC6Fe2O3和TiO2/Fe2O3在模拟太阳光辐照下的光电流密度曲线3.1.2光电极稳定性测试与分析通过测试光电极的电流密度J-V曲线可以直接得出，在特定的电压下，其光电流密度的大小，并且根据光电流随时间的变化来判断光电极的稳定性。[16]本实验利用线性扫描伏安法，将电位与时间的线性关系施加在工作电极和参比电极之间，从而方便记录工作电极上电流的变化情况。如图7知，我们把扫描时间定为3600s，测试光电极在保持1小时光照条件下，由光电流密度的变化趋势来判断其光稳定性，从伏安曲线上，我们能够清晰地观测到光电极在整个电压范围内随时间变化不大，稳定性较好。图SEQ图\*ARABIC7光电极的稳定性测试曲线3.1.3光电流响应度测试与分析如图8示为在可见光恒定电位下测得的Fe2O3作光阳极和TiO2/Fe2O3作光阳极的光电流响应度，表明了材料作为催化剂的载体分离能力。我们将这两种材料作光阳极浸润在NaOH溶液中，发现光电流响应速度很快，并且再多次光照黑暗切换情况下并没有多大衰减，这说明我们的样品具有非常良好的重复性。图SEQ图\*ARABIC8光电流响应度曲线3.2电化学阻抗分析为了研究Fe2O3作光阳极和TiO2/Fe2O3作光阳极在氧化水过程中半导体内及在半导体与电解液界面处电荷的传递转移过程，我们对两种样品做了电化学阻抗谱测试。[17]电化学阻抗是通过电化学系统的电流以小振幅的正弦波电位或电流为扰动信号，同一时间测量相对应的系统电流随着时间的变化，是研究电极界面现象的有效方法。本文采用电化学交流阻抗谱来研究Fe2O3作光阳极和TiO2/Fe2O3中的光生电荷传输、复合及转移过程。通过对样品的阻抗谱的分析能帮助我们进一步了解光电催化机理、计算系统的各种相关参数。图9插图表示的是EIS分析时拟采用的模拟电路图，其中Rs表示FTO与光电阳极之间的电阻，Rp表示体相电阻，CPE表示体相电容。图9样品的电化学阻抗谱图3.3Mott-Schttky曲线测试与分析Mott-Schttky测试是一种常见的光电化学测试方法，通过测试我们可以判断半导体材料的类型，在Mott-schottky曲线中找到直线部分进行拟合，如果这条直线的斜率是正，说明测试样品具有n型半导体特性，否则为P型半导体材料[18]。如图10知，得到的拟合直线斜率为正，说明Fe2O3和TiO2/Fe2O3都为n型半导体材料。图SEQ图\*ARABIC10Fe2O3和TiO2/Fe2O3的Mott-schottky曲线4总结与展望4.1论文总结本文采用水热法，将FeCl3作为铁源，钛酸四丁酯作为Ti源，以FTO为基板，以NaNO3、HCl、H2SO4等为反应体系，改变反应条件制备出了高产量高性能的TiO2/Fe2O3纳米棒阵列。通过SEM表征所制备的样品的形貌，表明了TiO2/Fe2O3纳米棒阵列表面粗糙，排列紧密规则有序，且颗粒均匀，这些特点提高了样品的可见光催化活性；采用X-射线衍射仪（XRD）测试TiO2/Fe2O3光电极的晶型结构，样品衍射峰比较尖锐，表明产物具有很高的结晶度，并无其它杂质形成；利用紫外-可见光吸收谱分析TiO2/Fe2O3光电极对光的透射能力，样品在波长450-525nm（可见光的波长为400-760nm）波段有较强的吸收峰，对太阳光中的可见光波段吸收能力强，其禁带宽度2.03eV紫外-可见光吸收谱和光电流响应度表明样品TiO2/Fe2O3纳米棒阵列具有较窄的带隙和较高的光电流响应，有利于吸收光子并有效抑制电子-空穴载流子复合重组。4.2论文展望

Fe2O3是一种理想的光电阳极材料，对它的改性研究在未来一段时间仍会是备受关注的热点。[19]本文只是简单的利用TiO2对Fe2O3光电阳极进行了初步优化，以及对TiO2/Fe2O3光电阳极进行了光电性能测试以及结构表征，并对结果进行了初步分析。虽然我们的方案改善了Fe2O3的光电性能，但仍然存在很多不足。首先，TiO2对Fe2O3的吸收边没有明显影响，610nm到760nm范围内的可见光仍未被利用，我们将从拓宽可见光响应范围方面对Fe2O3进行下一步优化。除此之外，对于光催化的研究，催化剂多采用悬浮相体系，虽然催化效果好，但催化颗粒小，回收困难，所以提高催化效率的同时，还要解决其回收再生问题。这些仍然是我们面临的巨大挑战。参考文献[1]NazeeruddinMK,BaranoffE,GrätzelM.Dye-sensitizedsolarcells:abriefoverview[J].Solarenergy,2011,85(6):1172-1178.[2]LewisNS,NoceraDG.Poweringtheplanet:Chemicalchallengesinsolarenergyutilization[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2006,103(43):15729-15735.[3]ChenX,ShenS,GuoL,etal.Semiconductor-basedphotocatalytichydrogengeneration[J].Chemicalreviews,2010,110(11):6503-6570.[4]TamiratAG,RickJ,DubaleAA,etal.Usinghematiteforphotoelectrochemicalwatersplitting:areviewofcurrentprogressandchallenges[J].NanoscaleHorizons,2016,1(4):243-267.[5]SakthivelS,ShankarMV,PalanichamyM,etal.Enhancementofphotocatalyticactivitybymetaldeposition:characterisationandphotonicefficiencyofPt,AuandPddepositedonTiO2catalyst[J].Waterresearch,2004,38(13):3001-3008.[6]RoyP,KimD,LeeK,etal.TiO2nanotubesandtheirapplicationindye-sensitizedsolarcells[J].Nanoscale,2010,2(1):45-59.[7]WangD,LiuY,YuB,etal.TiO2nanotubeswithtunablemorphology,diameter,andlength:synthesisandphoto-electrical/catalyticperformance[J].ChemistryofMaterials,2009,21(7):1198-1206.[8]LabertyC,NavrotskyA.Energeticsofstableandmetastablelow-temperatureironoxidesandoxyhydroxides[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1998,62(17):2905-2913.[9]SivulaK,ZborilR,LeFormalF,etal.Photoelectrochemicalwatersplittingwithmesoporoushematitepreparedbyasolution-basedcolloidalapproach[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2010,132(21):7436-7444.[10]OuertaniB,OuerfelliJ,SaadounM,etal.Transformationofamorphousironoxidefilmspre-depositedbyspraypyrolysisintoFeS2-pyritefilms[J].MaterialsLetters,2005,59(6):734-739.[11]雷锐,陈荣生,张博威,詹玮婷,李杨,倪红卫.Fe2O3/TiO2复合纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究[J].武汉科技大学学报,2017,40(04):251-257.[12]杜庆波,蔡红,朱军,等.α-Fe2O3氧化铁纳米颗粒的合成,表征及光催化性能研究[J].化工新型材料,2018,46(3):194-196.[13]胡文全,王岩,冯毅毅,等.α-Fe2O3纳米立方体的水热合成及其光催化性能研究[J].人工晶体学报,2018,47(4):810-815.[14]李朋娜,王留昌,刘欢,等.Fe@Fe2O3/g-C3N4复合光催化剂的制备及其性能[J].人工晶体学报,2018(2018年06):1142-1147.[15]ChenJ,XuL,LiW,etal.α-Fe2O3nanotubesingassensorandlithium‐ionbatteryapplicavancedMaterials,2005,17(5):582-586.[16]SivulaK,LeFormalF,GrätzelM.Solarwat