[發明專利]一種具有寬波范圍響應的光電催化雙功能電極的制備方法

有效

• 申請號: 201010533720.6
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102468361A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 趙國華;張亞男;吳志遠;柴守寧
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224;B01J27/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明涉及材料化學領域，尤其是涉及一種具有寬波范圍響應的光電催化雙功能電極的制備方法。

背景技術

近年來，隨著經濟的高速發展，大量出現的環境問題具有物質結構復雜和對生命體毒害作用大的特點。光化學氧化技術和電化學氧化技術因二者通過不同的途徑都能夠產生強氧化性的·OH自由基，其具有氧化能力強、可控性高、反應條件溫和等特點，而成為處理環境問題的高級氧化處理技術。因此，將這兩種技術優勢互補、有機組合成一體，充分發揮各自優勢，得到“1+1＞2”的功效，具有重要意義。

在眾多的半導體光催化劑中，TiO₂以其光催化活性高、氧化能力強、無毒、成本低而倍受青睞，是目前使用最廣泛的光催化劑。但是TiO₂的能帶結構決定了光催化技術在推廣過程中存在著局限性。它的帶隙較寬，光譜響應范圍窄(Eg＝3.2eV)，只能利用在太陽光中占不足5％的紫外區域。高效地利用自然能源—太陽能來解決環境能源問題，尋求環境友好、具有良好性能的光催化劑是光催化基礎研究走向應用的必然趨勢。

通過在TiO₂中復合窄帶隙半導體來拓寬光催化劑光吸收譜帶的方法是TiO₂可見光化的一種重要手段，其具體原理可總結為不同能級半導體之間光生載流子的輸運和分離。在眾多復合體系中，TiO₂-CdS體系的研究最為關注。CdS是一種窄帶隙半導體材料(Eg＝2.4eV)，在近期的一些研究工作中，人們嘗試將CdS納米顆粒沉積在TiO₂膜表面，光照時，CdS上受激發的電子遷移到TiO₂的導帶上，空穴仍留在CdS的價帶，光生電子與空穴得到有效的分離，使得體系的吸收波長向可見區拓寬。但是由于這種CdS納米顆粒在TiO₂膜上的分散不夠均勻，而很難得到較理想的光催化活性。與普通的薄膜相比，TiO₂納米管由于其高度有序、陣列排布的特殊結構，而具有更大的比表面積、表面能、吸附能力及活性位點。選擇TiO₂納米管為載體，在管中化學組裝CdS納米顆粒，可進一步提高催化劑的光催化性能。

與此同時，摻銻的SnO₂是一種優良的電催化劑，其析氧電位高，降解過程產生的毒性中間產物能被很快、徹底的催化氧化，是一種高效的陽極材料，適合于有機污染物的電催化氧化降解。正是基于上述對二氧化鈦納米管和SnO₂電極的特性認識，本專利提出這樣一種思路，將電催化氧化和光催化氧化兩種高級的氧化處理技術結合，有機組合成一體，則可實現同一反應過程中的光電協同效應。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種在寬波范圍內同時具有光電催化雙功能電極的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種具有寬波范圍響應的光電催化雙功能電極的制備方法，以金屬鈦基體上直立生長的TiO₂納米管為載體，在納米管中一面負載CdS敏化劑來拓寬光催化劑在可見區域的吸收譜帶，在另一面負載錫銻溶膠，得到優良的電催化性能，最終構筑得到具有紫外-可見寬波范圍吸收的CdS/TiO₂?NTs/SnO₂雙功能電極。

具體包括以下步驟：

(1)分別配制CdCl₂和Na₂S前軀體水溶液，并加入表面活性劑；

(2)以鈦基TiO₂納米管為載體，利用真空注入法和化學浸漬法在TiO₂納米管中依次注入CdCl₂和Na₂S溶液，之后分別在兩種溶液中循環浸漬，即可得到具有微觀結構的TiO₂?NTs/CdS；

(3)將SnCl₄.5H₂O溶解在含有濃鹽酸的無水乙醇中，磁力攪拌至澄清溶液，攪拌過程中加入SbCl₃，充分攪拌后避光放置沉化8-24h，得到錫銻溶膠，然后在TiO₂?NTs/CdS的其中一面涂覆錫銻溶膠，涂覆后40-60℃烘干并重復3-5次，得到具有微觀結構的CdS/TiO₂?NTs/SnO₂；