[發明專利]一種增強TiO2電極電化學性能的處理方法

有效

• 申請號: 201310161104.6
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103265067A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 李東棟;吳慧;徐辰;汪軍;魯林峰;陳小源
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及光電化學電極材料領域，特別是涉及一種增強TiO₂電極電化學性能的處理方法。

背景技術

TiO₂因具有低成本、半導體性質和化學性質穩定等優勢引起很多研究者的興趣，并廣泛應用于太陽能電池、光催化、傳感器、生物醫學等領域。近年來，能源匱乏的問題日益突出，解決能源危機時不可待。因此，尋找廉價的儲能材料和清潔能源成為研究的熱點。但TiO₂在儲能器件和光催化制氫領域的應用受限，這主要歸結于其較寬的帶隙和較差的電導率。因此，降低帶隙寬度和提高電導率有望使TiO₂電極的性能得到很大提升，一定程度上緩解能源匱乏危機。

目前，在能帶結構調制方面，一般通過引入金屬（J?Mater?Chem2011,21,9079-9087.）、非金屬（Chem?Rev2007,107,2891-2959.）及氧空位（Nano?Lett2012,12,1690-1696.）等方法對TiO₂納米晶進行摻雜，實現電化學性能的提高。但是目前的這些摻雜方法成本昂貴、操作時間長且繁瑣，最重要的是摻雜效果不穩定，影響性能的穩定提升。例如，Chen等將TiO₂顆粒在200°C的H₂氛圍中退火5天，有效的改善TiO₂能隙從而提高TiO₂顆粒對可見光的響應，增加TiO₂顆粒光催化活性（Science2011,331(6018),746-750.），但這種方法的處理時間較長。又如，Lu等在TiO₂納米管高溫退火時通入H₂，通過引入摻雜和缺陷提高TiO₂電極的電容性能（Nano?Lett2012,12,1690-1696.），但此方法需要高溫，且TiO₂的電化學性能提高有限，同時H₂退火的電極較脆，易斷裂。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種增強TiO₂電極電化學性能的處理方法，用于解決現有技術中摻雜的方法成本昂貴、操作繁瑣、操作時間長且摻雜效果不穩定的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種增強TiO₂電極電化學性能的處理方法，所述增強TiO₂電極電化學性能的處理方法至少包括步驟：

對制備的TiO₂電極進行氣體等離子體處理，引入摻雜元素或氧空位，從而實現有效摻雜。

其中，所述TiO₂電極為一維結構。

優選地，采用電化學方法、水熱法、模板法、溶膠凝膠法、微乳液法及氣相沉積法中的任意一種方法來制備所述TiO₂電極。

優選地，所述電化學方法包括恒壓/恒流陽極氧化法和脈沖氧化法。

優選地，所述一維納米結構為納米管或納米線結構。

優選地，進行等離子體處理前，還包括對所述TiO₂電極進行退火處理的步驟。

優選地，進行退火處理的溫度范圍為400～800℃，退火處理的時間范圍為1～20h。

優選地，等離子體處理采用的氣體包括H₂、N₂、CH₄及NH₃中的一種或多種，氣體的流量為20～500sccm。

優選地，等離子體處理時，體系氣壓為20～200Pa，處理溫度為25～650℃，射頻電源的功率為10～200mW/cm²，反應時間為1～180min。

如上所述，本發明的增強TiO₂電極電化學性能的處理方法，具有以下有益效果：通過采用高活性氣體等離子體對制備的一維結構的TiO₂電極進行處理，可以在較低溫度和較短時間內實現有效和可控的摻雜。經過本發明提供的處理方法處理后，由于等離子體的轟擊作用，可以進一步增加TiO₂電極中一維納米結構表面粗糙度，提高一維納米結構的比表面積；并且摻雜元素或氧空位的引入降低了材料的能隙，提高材料電導率，從而可有效增強材料的電化學性能和光電性能，為TiO₂納米材料在超級電容、鋰離子電池、太陽能電池以及光電催化材料等領域的性能提升提供了有效途徑。

附圖說明