[發明專利]一種八面體狀銳鈦礦TiO2有序超級結構及其制備和應用

有效

• 申請號: 201410005870.8
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103754930A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 洪振生;黃志高
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y30/00;B82Y40/00;H01L31/0224
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于光電化學電池光陽極材料制備領域，具體涉及一種八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構及其制備和應用。

背景技術

研究和開發氫能己成為世界各國政府可持續發展能源的戰略決策。太陽能光電化學(PEC)電池制氫是一種有效的制氫技術，且近年來備受關注。半導體光陽極材料是PEC電池的核心技術，是決定其光電性能的關鍵。研究表明，TiO₂由于具有優良的抗光腐蝕特性、廉價、無毒等優點而成為最有前途的PEC電池光陽極材料之一。然而，當前普遍采用的TiO₂納米粒子，如P25，其光電制氫效率仍然較低，因而開發具有較高光電轉化效率的新型納米結構TiO₂光陽極材料具有十分重要的意義。目前還未有八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的制備及其作為光電化學電池光陽極材料的相關專利報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構及其制備和應用，該方法操作簡便、成本低、純度高、性能優異，可以大量合成。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

采用簡單的溶劑熱法合成純度在90%以上的由10-13?nm納米晶組成的八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構，其整體粒徑為40-60?nm。

將0.5-1.5克二氧化鈦粉末和40-50毫升濃度為10-20摩爾/升的氫氧化鉀溶液混合，160-200℃反應24-80?h，反應物經0.2摩爾/升稀醋酸洗滌后，取0.1-0.5克分散于20-60?mL95wt.%的醋酸溶液中，裝入不銹鋼反應釜中170-200℃反應2-4天，再經離心、干燥后得到所述的八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構。

所述的八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構用于制備光電化學電池光陽極材料。

本發明的顯著優點在于：本發明首次提供了一種高純度八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的制備方法，其操作簡便、成本低、純度高、性能優異，可以大量合成。用此八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構作為PEC電池光陽極材料，結果表明在相同的測試條件下，其最大光電流和光電轉換效率均為商業化的P25（Degussa公司）的3倍以上。

附圖說明

圖1是八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的透射電鏡圖。

圖2是八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的光電性能。

具體實施方式

本發明在采用簡單的溶劑熱法，首次合成出高純度(90%以上)由細小納米晶(10-13?nm)組成的八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構，其整體粒徑為40-60?nm；從圖1（右上插圖）單個粒子的總體電子衍射圖（單晶狀衍射圖）可看出納米晶組成基元排列是高度有序的。用此八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構作為PEC電池光陽極材料，結果表明在相同的測試條件下，其最大光電流和光電轉換效率均為商業化的P25（Degussa公司）的3倍以上。八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的制備：0.5-1.5克二氧化鈦粉末和40-50毫升濃度為10-20摩爾/升氫氧化鉀溶液混合，在160-200℃反應24-80?h，反應物再經0.2摩爾/升稀醋酸；洗滌后，取0.1-0.5克分散于20-60?mL醋酸溶液中（95%以上），裝入不銹鋼反應釜中170-200℃反應2-4天，再經離心干燥后得到最終產品。光電化學(PEC)電池測試：光電化學性能測試均在帶石英窗口的三電極體系中進行，工作電極為沉積有八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構的玻碳電極，輔助電極為貴金屬Pt，飽和Ag/AgCl電極作為參比電極；電解質為0.2-1摩爾/升的硫酸鈉溶液，光源為300?W的氙燈。

實施例1

將0.5克二氧化鈦粉末和40毫升濃度為10摩爾/升的氫氧化鉀溶液混合，160℃反應24h，反應物經0.2摩爾/升稀醋酸洗滌后，取0.1克分散于20mL95wt.%的醋酸溶液中，裝入不銹鋼反應釜中170℃反應2天，再經離心、干燥后得到所述的八面體狀銳鈦礦TiO₂有序超級結構。

實施例2