本发明属于功能材料，尤其涉及一种原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极及其制备方法、应用。
背景技术：
1、自1972年fujishima和honda首次将tio2置于紫外光照射下实现水分解以来，光电催化(pec)分解水技术就被认为是实现太阳能转化与存储的理想方案。pec克服了传统光催化载体分离效率低、难以进行全水解等缺点。同时，与传统的电催化不同，最理想的pec反应体系可以在没有外部偏压的情况下通过光照自驱动实现光电催化水分解。其中，水氧化反应是速率控制步骤，因为它涉及复杂的四质子耦合多电子过程(2h2o+4h+→o2+4h+、e＝1.23vvs rhe)。因此，对于水氧化的研究过程是十分必要的。在众多光阳极材料中，自1976年首次被研究以来赤铁矿就得到了广泛的关注。原因在于赤铁矿其具有适合吸收可见光的带隙、在电解质溶液(ph＝4-14)中具有优异的稳定性、天然丰度高且无毒等优越性能。然而，导电性差(约10-14s/cm)、空穴扩散长度有限(2-4nm)、电荷载流子寿命有限以及氧化反应(oer)动力学缓慢等因素影响了赤铁矿在pec中的应用。
2、掺杂作为一种优良的改性技术，可从三个方面改善pec性能，提高载流子浓度以改善导电性、提高光生载流子的分离效率以及调节能带结构以扩展吸光范围。钛是一种有效的掺杂剂，可提高载流子浓度来增加其导电性。然而，考虑到电子和空穴的重组问题，掺杂钛的优势就相对有限了。有观点认为，钛掺杂会减少赤铁矿表面活性位点的数量，从而影响pec性能。如何促进空穴和电子的分离仍然是一个难题。与单掺杂相比，近来的研究更多地关注两种外来元素的共掺杂策略，这种策略可以进一步提高光电流密度。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提出了一种原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿(α-fe2o3)基光电极及其制备方法、应用。采用原位ti掺杂和非原位ge掺杂的方法，以显著提高载流子浓度和促进光生载流子的体相分离。该方法具有诸多优点，包括制备方法简单、操作方便、实验条件易于控制等。这些特点使得该方法在科研和工业应用中具有广泛的适用性和可行性。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极，以nifeooh作为助催化剂，同时原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿得到原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极。
4、本发明还提供一种原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，包括以下步骤：
5、将铁盐与钛盐溶于去离子水中得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液和导电玻璃进行水热反应，在导电玻璃上生长前驱体钛掺杂的feooh，得到前驱体光电极(记为ti-feooh)；
6、将所述前驱体光电极浸渍于锗的前驱体溶液中，随后取出干燥，得到的ti-ge共掺杂赤铁矿基光电极(记为ti,ge-feooh)进行退火煅烧，得到ti,ge-fe2o3光电极；
7、通过电沉积法将nifeooh沉积在所述ti,ge-fe2o3光电极上，得到nifeooh/ti,ge-fe2o3光电极材料。
8、进一步地，所述铁盐与钛盐的摩尔比为(1000-1500)∶1。
9、进一步地，所述铁盐为六水合三氯化铁或硫酸铁；所述钛盐为质量浓度15-20wt％的三氯化钛。
10、进一步地，所述水热反应的条件为：90-120℃下水热反应3-5h。
11、进一步地，所述锗的前驱体溶液为二氧化锗溶液，浓度为30-50mmol/l；所述浸渍时间为15-30min。
12、进一步地，所述退火煅烧的条件为：第一阶段在400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min；第二阶段在700-800℃下煅烧10-30min，升温速度为1-10℃/min。
13、进一步地，所述沉积的过程中使用的电解液为三氯化铁、氯化镍、氟化钠、氯化钾和过氧化氢的混合溶液。
14、本发明还提供所述原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极在光电催化水分解中的应用。
15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
16、(1)本发明提供了一种ti的原位和ge的非原位共掺杂赤铁矿的制备，其中，ti的原位掺杂增大了载流子浓度，ge的非原位掺杂增大了体相载流子的分离效率，能够有效的提高光电化学水氧化的能力。
17、(2)本发明提供的nifeooh/ti,ge-fe2o3光电极，在模拟太阳光下的光电催化反应活性是空白fe2o3的9.5倍左右，同时具有良好的稳定性。
18、(3)本发明提供的nifeooh/ti,ge-fe2o3光电极，操作简单方便，为水分解提供新的光电催化阳极材料，具有很好的应用前景。
1.一种原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极，其特征在于，以nifeooh作为助催化剂，同时原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿得到原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极。
2.一种如权利要求1所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述铁盐与钛盐的摩尔比为(1000-1500)∶1。
4.根据权利要求3所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述铁盐为六水合三氯化铁或硫酸铁；所述钛盐为质量浓度15-20wt％的三氯化钛。
5.根据权利要求2所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应的条件为：90-120℃下水热反应3-5h。
6.根据权利要求2所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述锗的前驱体溶液为二氧化锗溶液，浓度为30-50mmol/l；所述浸渍时间为15-30min。
7.根据权利要求2所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述退火煅烧的条件为：第一阶段在400-600℃下煅烧1-3h，升温速度为1-10℃/min；第二阶段在700-800℃下煅烧10-30min，升温速度为1-10℃/min。
8.根据权利要求2所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极的制备方法，其特征在于，所述电沉积的过程中使用的电解液为三氯化铁、氯化镍、氟化钠、氯化钾和过氧化氢的混合溶液。
9.一种如权利要求1所述的原位ti和非原位ge共掺杂赤铁矿基光电极在光电催化水分解中的应用。
