[發(fā)明專利]一種表面活性劑輔助電沉積合成銳鈦礦型二氧化鈦和二氧化錳納米復(fù)合材料的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610721311.6
• 申請(qǐng)日: 2016-08-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106283099B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐旭耀;周小松;馬琳;許麗梅;羅金;周曉平;張玲玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嶺南師范學(xué)院
• 主分類號(hào): C25B1/00
• 分類號(hào): C25B1/00;C25B1/21;B82Y40/00;B82Y30/00;B01J23/34
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張?jiān)鹿?林偉斌

本發(fā)明提供了一種表面活性劑輔助電沉積合成銳鈦礦型二氧化鈦和二氧化錳納米復(fù)合材料的方法，以錳鹽水溶液為水相，和表面活性劑、助表面活性劑、油相形成微乳液作為電解質(zhì)溶液，利用恒電位沉積法，以鈦片為鈦源制備得到；通過(guò)改變微乳液的組成、錳離子和氟離子的濃度、電解電壓大小、電解時(shí)間調(diào)節(jié)復(fù)合材料的形貌、尺寸，該方法選用低廉的試劑作為原料，在室溫微乳液電解質(zhì)環(huán)境下反應(yīng)制得復(fù)合材料，解決了高溫處理對(duì)產(chǎn)物的形貌和穩(wěn)定性影響的問(wèn)題，具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、快速、節(jié)能、效率高的優(yōu)點(diǎn)，所制得的復(fù)合材料有望在光解水制氫、降解有機(jī)污染物、電化學(xué)儲(chǔ)能、環(huán)境能源催化、電池材料等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種表面活性劑輔助電沉積合成銳鈦礦型二氧化鈦和二氧化錳納米復(fù)合材料的方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化錳廉價(jià)易得、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好，廣泛的用作超級(jí)電容器的電極材料，但MnO₂作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)內(nèi)電阻較大，晶粒較大，在電極反應(yīng)過(guò)程中利用率偏低。如何克服電極材料自身缺陷，提高在電極反應(yīng)過(guò)程中的利用率，發(fā)揮其在超級(jí)電容器電極材料中的優(yōu)勢(shì)，是目前關(guān)于電極材料研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。

TiO₂光催化劑由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的光催化活性、低成本、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐化學(xué)和光化學(xué)腐蝕以及無(wú)毒的特點(diǎn)，近年來(lái)，成為一種最受人們青睞的綠色環(huán)保型光催化劑。但TiO₂帶隙較寬(Eg = 3.0～3.2 eV)，只有波長(zhǎng)λ< 387 nm 的紫外光才能使它激發(fā)，而太陽(yáng)光中紫外光能所占比例不足5%，因而太陽(yáng)能的利用率低；另外，由于光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致光催化效率低。TiO₂表面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)有重要的影響，催化劑表面存在的晶格缺陷對(duì)光催化反應(yīng)來(lái)說(shuō)是必要的。

半導(dǎo)體復(fù)合是提高TiO₂光催化效率的有效手段之一，其本質(zhì)上是另一種顆粒對(duì)TiO₂的修飾。復(fù)合半導(dǎo)體不僅擴(kuò)展了寬帶隙半導(dǎo)體的光響應(yīng)范圍，而且調(diào)整了光生載流子的流向。帶隙能大的半導(dǎo)體與帶隙能小的半導(dǎo)體復(fù)合，不僅將光響應(yīng)擴(kuò)展到了可見(jiàn)光區(qū)，而且將電子與空穴聚集在不同的顆粒而將電荷分離，有效地抑制了光生載流子的復(fù)合，提高了半導(dǎo)體-電解質(zhì)溶液界面的靜電荷轉(zhuǎn)移效率，從而擴(kuò)展了對(duì)光譜的吸收范圍。所以，復(fù)合半導(dǎo)體幾乎都表現(xiàn)出高于單一半導(dǎo)體的光催化活性。二氧化錳和二氧化鈦復(fù)合材料的制備，有望在光催化、電催化、光電催化、能源環(huán)境、傳感器、超級(jí)電容器和鋰離子電池等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

復(fù)合材料的制備方法常見(jiàn)有：溶膠-凝膠法、固相法、電化學(xué)沉積法、微乳法、水熱法、模板法等；電化學(xué)沉積法是指金屬或金屬化合物在基體上沉積，通過(guò)控制沉積速度，得到不同致密度的薄膜二氧化錳或其化合物的方法。該方法可以直接一步制成電極，但是電沉積過(guò)程不容易受到控制，導(dǎo)致二氧化錳的薄膜厚度和形貌不夠均勻，經(jīng)過(guò)熱處理后比較容易出現(xiàn)大量裂紋等。想要得到理想的二氧化錳，可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液濃度和電流密度在一定程度上解決上述問(wèn)題，并得到或致密或多孔的薄膜；微乳液法是先將沉淀劑和金屬鹽分別溶于相同微乳液中，在一定條件下混合，通過(guò)在微乳液體系的反應(yīng)區(qū)中控制膠粒的成核、生長(zhǎng)，得到納米粒子的乳液，再將產(chǎn)物超速離心，分離納米粉末與微乳液。最后除去附著在納米粉末表面上的油和表面活性劑，進(jìn)行干燥處理即可得到納米微粒的固體樣本。微乳法的特點(diǎn)是制得的納米粉粒粒徑小且均勻、穩(wěn)定性高、分散性好，易于實(shí)現(xiàn)高純化。

現(xiàn)有技術(shù)中二氧化鈦復(fù)合材料制備中存在反應(yīng)溫度高、反應(yīng)周期長(zhǎng)、所得產(chǎn)物形貌不均一、穩(wěn)定性不佳、光催化性低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合材料制備存在反應(yīng)溫度高、、反應(yīng)周期長(zhǎng)、所得產(chǎn)物形貌不均一、穩(wěn)定性不佳、光催化性低等缺陷，提供一種表面活性劑輔助電沉積合成銳鈦礦型二氧化鈦和二氧化錳納米復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述方法制備得到的二氧化鈦和二氧化錳納米復(fù)合材料。