[發明專利]一種分枝狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極及制備方法

在審

• 申請號: 201510705801.2
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105347694A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 彭峰;王秀杰;張聲森;王紅娟;余皓;張山青
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種分枝狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極及制備方法。

背景技術

隨著人類社會發展，能源問題越來越嚴重，人們迫切需要尋找可以替換非再生能源的清潔能源。氫氣熱值高，儲量大，無污染、可再生，因此，氫能作為一種清潔能源被人們寄予厚望。在電解水、太陽能分解水、生物制氫及化工、冶金等流程制氫等方法中，太陽能分解水因價格低、無污染、可持續利用，被認為是一種理想的制氫方法。在諸多光催化材料中，TiO₂具有良好的光催化性能、光電轉化性能、光穩定性和化學穩定性，在光電轉換、光催化等領域有著廣闊的應用前景。1972年，日本學者Fujishima和Honda(Nature，238(1972)，37)在nature雜志上發表有關半導體二氧化鈦單晶電極在紫外光的作用下把H₂O分解成為H₂和O₂的論文以來，開辟了人類對太陽能轉化利用的新紀元。目前，對于一維結構的TiO₂納米棒而言，許多研究工作者采用水熱方法制備出金紅石相TiO₂納米棒陣列材料。但是金紅石相納米棒陣列由于能帶隙大且光生電子復合率大，制備出的材料在可見光和紫外光輻照下光生電子效率低，因此產氫性能也較差。HongZhu(AppliedSurfaceScience，257(2011)，10494)采用水熱方法制備了分支狀納米棒結構材料，分支狀納米棒陣列與納米棒陣列相比，具有較好的光催化降解性能。如何在分支納米棒的基礎上進一步提高TiO₂納米棒陣列的光電性能，從而提高產氫效率是一個重要的課題，這一問題的解決為制備具有較高制氫性能的材料具有重要意義。

2011年XiaoboChen(Science，331(2011)，746)報道，在氫氣氣氛200℃下TiO₂納米顆粒退火5天后，制得氫化處理的TiO₂，與未經氫化處理的樣品相比，制備出的樣品具有較好的降解亞甲基藍能力，同時分解水制氫性能穩定。GongmingWang(NanoLetters，11(2011)，3026)也經過氫化處理制備出氫化的TiO₂納米線陣列，與未經氫化處理的TiO₂納米線陣列相比，氫化后的樣品具有較好的光電化學性質。我們前期也申請中國發明專利(CN104316581A)，公開了以氫化的二氧化鈦納米棒陣列制備化學傳感器電極，該電極可利用可見光進行光電催化的轉化，從而測定水溶液中的化學需氧量，其性能比沒有氫化的大大提高。由此可見，采用氫化過程處理TiO₂為光催化降解和分解水制氫的發展提供了新的方向，但目前效率還很低，特別是分解水制氫方面研究報道很少。本發明設計一種分支結構的氫化TiO₂納米棒陣列，作為光催化制氫的電極，該過程操作簡單，光電性能大大得到提高。目前把分支結構與氫化處理結合在一起，制備一種分支狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列還未見國內外報道。

發明內容

基于以上現有技術，本發明的首要目的在于提供一種分枝狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的分枝狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種分枝狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極的制備方法，包括以下制備步驟：

(1)超聲預處理氟摻雜的SnO₂透明導電玻璃，得到預處理后的FTO導電玻璃；

(2)水熱法制備TiO₂納米棒陣列：將去離子水、鹽酸和鈦酸四丁酯配成混合溶液，再將預處理后的FTO導電玻璃放入上述混合溶液中，150～200℃水熱反應4～9h，得到表面含有TiO₂納米棒陣列的導電玻璃；

(3)氫化二氧化鈦納米棒陣列電極制備：將步驟(2)得到的表面含有TiO₂納米棒陣列的導電玻璃在管式爐中氫氣和氬氣體積比為1:(3～5)的氣氛下退火，退火溫度為300～500℃，然后自然降溫至室溫，即得到氫化二氧化鈦納米棒陣列電極；

(4)分支狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極制備：將去離子水、鹽酸和三氯化鈦溶液配成混合溶液，將步驟(3)得到的氫化二氧化鈦納米棒陣列電極放入此混合溶液中，60～100℃反應0.5～3h，得到分支狀異相氫化二氧化鈦納米棒陣列電極。