[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體基底/含鉻雙金屬堿式磷酸鹽光電極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410645986.8
• 申請(qǐng)日: 2015-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104498990A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 項(xiàng)頊;段雪;何宛虹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25B11/04
• 分類(lèi)號(hào): C25B11/04;C02F1/461
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬資源回收與高值利用領(lǐng)域，具體涉及鍍鉻廢液的鉻、鎳資源利用，制備含鉻氫氧化物修飾的光電極，該電極用于太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的水分解。

背景技術(shù)

在不同價(jià)態(tài)的鉻中，危害最大的是六價(jià)鉻，其毒性約為三價(jià)鉻的100倍，它可影響細(xì)胞的氧化、還原，能與核酸結(jié)合，對(duì)呼吸道、消化道有刺激，對(duì)人體有致癌作用[朱建華.不同價(jià)態(tài)鉻的毒性及其對(duì)人體影響.環(huán)境與開(kāi)發(fā)，1997，12(3):46-48.]。工業(yè)生產(chǎn)中的含鉻廢水被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害的重要來(lái)源，未經(jīng)處理的電鍍廢液、制革廢液等含鉻濃度可高達(dá)600mg/L，超過(guò)我國(guó)工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)1000倍。電鍍是含鉻廢水污染的最大來(lái)源，目前我國(guó)僅電鍍廠(chǎng)就約有一萬(wàn)多家，每年排放出的含鉻廢水達(dá)4.0×10⁹m³[汪德進(jìn),何小勇.含鉻廢水處理的研究進(jìn)展.安徽化工，2007，33(1):12-15.]。因此，為了治理工業(yè)生產(chǎn)中的重金屬污染，對(duì)含鉻廢水的處理與回收利用的研究非常重要。目前對(duì)含鉻廢水處理方法有多種，主要采用的方式有還原-沉淀法(如化學(xué)還原、電解還原-凝聚)或回收法(如離子交換、活性炭吸附、反滲透等)處理含鉻廢水。最常見(jiàn)的是還原沉淀法，首先把六價(jià)鉻離子用強(qiáng)還原劑還原為三價(jià)鉻離子，再用堿液將廢水中的鉻離子以Cr(OH)3沉淀的形式分離除去。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，但產(chǎn)生的污泥和廢渣較多，所用藥劑費(fèi)用高，并且易產(chǎn)生二次污染[周青齡，桂雙林，吳菲.含鉻廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及展望.能源研究與管理，2010(2):29-33.]。更重要的是，目前的含鉻廢水處理方式僅僅將鉻離子以沉淀物形式分離，沒(méi)有對(duì)鉻資源進(jìn)行高效利用，因此，發(fā)展對(duì)含鉻廢水中鉻的回收與高效利用方法具有極其重要的價(jià)值。

由于人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源的需求日益增加，而傳統(tǒng)的能源如煤炭、石油等的存儲(chǔ)量有限，加之化石燃料在使用過(guò)程中對(duì)自然環(huán)境造成污染，近年來(lái)，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕c清潔能源的開(kāi)發(fā)利用一直是研究熱點(diǎn)。其中對(duì)于太陽(yáng)能的利用目前普遍集中于太陽(yáng)能光伏電池，以及利用太陽(yáng)能熱。但光伏電池的價(jià)格較化石燃料更高，而所產(chǎn)生的電能不易儲(chǔ)存，因此，近來(lái)人們開(kāi)始利用太陽(yáng)能生產(chǎn)清潔燃料，其中最簡(jiǎn)單的途徑是利用太陽(yáng)光分解水以產(chǎn)生氫氣。該過(guò)程無(wú)污染、成本低，并且氫氣具有很高的儲(chǔ)能密度，其燃燒后的產(chǎn)物為水，清潔且可以被重新利用。在光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，太陽(yáng)光使水分解為氫氣和氧氣。水的分解是一個(gè)非自發(fā)反應(yīng)，需要的吉布斯自由能為237kJ/mol，對(duì)于一個(gè)光電催化分解水系統(tǒng)，當(dāng)陽(yáng)光照射在光電極上時(shí)，光電極中的半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生空穴可氧化水，析出氧氣，而光陰極中的半導(dǎo)體所產(chǎn)生的光生電子可還原水，析出氫氣。其中水的氧化反應(yīng)需要累積4個(gè)電荷并釋放4個(gè)質(zhì)子才能進(jìn)行，因此是水分解反應(yīng)的瓶頸。為了提高水氧化反應(yīng)的效率，人們著重研究效率更高的光電極材料，常用的光電極材料有二氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵等半導(dǎo)體。

以非貴(過(guò)渡)金屬修飾半導(dǎo)體材料表面，增強(qiáng)其光電性能及穩(wěn)定性，是改性半導(dǎo)體光電極的重要方式，已有利用鈷、鎳、鐵等過(guò)渡金屬修飾半導(dǎo)體材料表面，提高水氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)、提高其穩(wěn)定性的報(bào)道[Diane?K.Zhong,Sujung?Choi,and?Daniel?R.Gamelin.J.Am.Chem.Soc.,2011,133,18370-18377；Ke?Sun,Namseok?Park,Zhelin?Sun.Energy?Environ.Sci.,2012,5,7872-7877；William?D.Chemelewski,Heung-Chan?Lee,Jung-Fu?Lin.J.Am.Chem.Soc.,2014,136,2843-2850.]。但在對(duì)光電極改性研究中，以鍍鉻廢液獲得含鉻化合物修飾光電極并提高其性能的研究未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在半導(dǎo)體基底上生長(zhǎng)含鉻雙金屬堿式磷酸鹽及其制備方法，制備得到的光電極直接用于光電化學(xué)水氧化反應(yīng)。