[發明專利]一種復合電極的合成方法

有效

• 申請號: 201510365555.0
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104911629B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 范偉強;余小強
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光電化學技術領域，特指一種復合電極的合成方法。首先利用水熱合成方法在FTO基片上合成銳鈦礦型二氧化鈦(TiO₂)納米線矩陣，然后利用溶膠凝膠法在其之上繼續生長晶紅石型二氧化鈦(TiO₂)納米線矩陣，隨后使用旋涂法在二氧化鈦(TiO₂)表面合成還原氧化石墨烯（RGO）薄膜，最后在此基礎上通過化學沉積法沉積氧化亞銅（Cu₂O）。

背景技術

隨著全球能源問題的加劇，作為一個有前途的解決方案，光電化學分解水制氫，已經吸引了全世界的關注；在這個過程中，光電陽極的效率和穩定性是光電化學水解過程中的重要特征，金屬氧化物半導體因具有良好的效率以及穩定性被選中作為光電化學水解中光電陽極的候選材料。

二氧化鈦(TiO₂)是一種重要的半導體金屬氧化物材料，已經被廣泛研究來應用光陽極材料，由于其優異的物理和化學性質，如化學穩定性，耐光性，無毒性，和制造成本低廉。

還原氧化石墨烯（RGO）是一種具有很強導電性的材料，并且具有很好的光穩定性、化學穩定性、無毒性。

氧化亞銅（Cu₂O）是一種典型的具有可見光響應能力的半導體金屬氧化物材料，由于其較窄的帶隙，可與其他材料形成很好的復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單的二氧化鈦(TiO₂)/還原氧化石墨烯（RGO）/氧化亞銅（Cu₂O）復合電極的合成方法。

本發明采用低溫下液相法在FTO基片上經水熱反應先制備出形貌相對均一的銳鈦礦型的二氧化鈦(TiO₂)納米線，繼而再通過溶膠凝膠法經煅燒制備出晶紅石型的二氧化鈦(TiO₂)納米線，然后旋涂法在二氧化鈦(TiO₂)納米線表面合成一層還原氧化石墨烯（RGO）薄膜，最后通過化學沉積法在還原氧化石墨烯表面沉積氧化亞銅（Cu₂O）。

本復合電極的制備方法，是按照下列步驟進行:

A 將15mL的濃鹽酸和15mL的去離子水放入燒杯攪拌。

B 逐滴加入0.35mL～0.7mL鈦酸四正丁酯，攪拌均勻至澄清。

C 將步驟B所得到的溶液轉移至四氟乙烯內襯的反應釜中，在其中放入清洗過的FTO基片，升溫至180℃溫度下恒溫6h，自然冷卻，得到銳鈦礦晶型TiO₂納米線。

D 將步驟C所得到的水熱后的FTO基片取出用去離子水洗滌干凈。

E 將1mL乙酸和50mL乙醇放入燒杯攪拌。

F 向其中逐滴加入0.75mL鈦酸四正丁酯，攪拌均勻至澄清。

G 將步驟D所得到的FTO基片泡入步驟F中的溶液1h。

H 將步驟G所得到的FTO基片自然干燥，放入馬弗爐中以2℃/min的升溫速率升溫至450℃恒溫2h，即可得到形貌均一的雙層銳鈦礦/晶紅石二氧化鈦(TiO₂)納米線。

J 將步驟H所得到的FTO基片取出用去離子水洗滌干凈自然干燥。

K將氧化石墨烯粉末超聲分散去離子水中得到氧化石墨烯溶膠。

L 將表面制備有雙層二氧化鈦的FTO基片放置于旋涂儀上，將氧化石墨烯溶膠滴加到FTO基片上的雙層二氧化鈦表面上，旋涂3~5次。

M將經過旋涂后的FTO基片放入管式爐在氮氣氣氛下400℃煅燒2h。

O 將步驟M所得到的的FTO基片依次浸入硫酸銅和硫代硫酸鈉混合溶液、去離子水、氫氧化鈉溶液和去離子水；每個浸入時間10～20s，循環30～90次后取出自然干燥；即可得到形貌均一的二氧化鈦(TiO₂)/還原氧化石墨烯（RGO）/氧化亞銅（Cu₂O）復合光電極。

進一步地，氧化石墨烯溶膠的濃度為1g/L。

進一步地，硫酸銅和硫代硫酸鈉混合溶液中硫酸銅和硫代硫酸鈉的濃度均為1mol/L；氫氧化鈉溶液的濃度也為1mol/L。

本發明中的復合電極的的物相，結構以及性能表征由X-射線衍射儀，場發射掃描電鏡(SEM)測定。

本發明的另一個目的，是提供所制備的二氧化鈦(TiO₂)/還原氧化石墨烯（RGO）/氧化亞銅（Cu₂O）復合電極對于光電流的應用。