[發明專利]多酸和八硫化九鈷共修飾二氧化鈦納米管陣列光電化學析氧電極的制備方法

有效

• 申請號: 201710190524.5
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107012480B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 許林;劉然
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04;C25D11/26
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本發明提供一種多酸和八硫化九鈷共同修飾的二氧化鈦納米管陣列光電化學析氧電極的制備方法。所制備得到的多酸和八硫化九鈷共同修飾的二氧化鈦納米管陣列復合膜光陽極可用于光電化學分解水析氧。該復合膜光陽極是以二氧化鈦納米管陣列為主體，并用八硫化九鈷和一種Keggin型磷鎢酸共同修飾所形成的二氧化鈦?八硫化九鈷?多酸復合膜光陽極。在室溫環境和氙燈的照射下，該復合膜光陽極具有良好的光電化學分解水性能。本發明提供的二氧化鈦?八硫化九鈷?多酸復合膜電極制備方法簡單，成本很低，無需犧牲試劑、保護層和緩沖溶液即可高效穩定的光電分解水，實現光能到化學能的高效率轉換，適用于新型光電化學分解水析氧電極的開發和生產。

技術領域

本發明屬于光電化學技術領域，涉及一種多酸和八硫化九鈷協同促進的二氧化鈦納米管陣列光電化學分解水析氧電極的制備方法。

背景技術

通過分解水來制得氫氣和氧氣可以作為人類使用的能源，而采用太陽能和電能來獲得這些能源是一條理想而環保的解決途徑。從熱力學和動力學角度分析，直接光分解水存在較大阻礙，使得這一過程難以在實踐中實現，而成為眾多科研人員攻克的重點。電化學催化劑或光化學催化劑的引入會大大降低光分解水的動力學阻礙。二氧化鈦(TiO₂)是一種重要的半導體光催化材料,可以將其制備成為有不同形貌的納米材料,其中二氧化鈦納米管陣列由于規則有序、定向分布、擁有較大的比表面因而具有較好的電子傳輸能力及電子-空穴分離能力,作為光陽極能有效地進行光電催化分解水制氧。但是二氧化鈦在光照下，光生電子躍遷到導帶后，電子和空穴容易復合，從而影響電子的傳輸，導致光電化學分解水能力減弱。如果通過引入其它化合物和二氧化鈦形成納米復合材料，進而提高電極光電化學分解水性能，將會促進二氧化鈦材料在光電化學分解水中的應用。

近幾年來，許多課題組致力于開發由地殼高豐度元素構成的、高催化活性的非貴金屬電催化劑，其中一些過渡金屬硫屬化合物，包括Mo基或Co基無定形硫化物也表現出較好的電催化分解水的性質。八硫化九鈷(Co₉S₈)作為其中之一，具有優秀的電催化活性。因此，將其負載在二氧化鈦納米管陣列上，有助于減少光生電子和空穴的復合，進而提升光電化學分解水的性能。

多金屬氧酸鹽(即多酸，Polyoxometalates，POMs)是一類多核配合物，至今有近二百年的發展歷史，已成為無機化學中的重要研究方向。多金屬氧酸鹽(簡稱多酸)是一類良好的電子接受體，可以通過捕獲半導體導帶的光生電子來抑制光生載流子的復合和促進光生載流子的遷移，有利于電子傳遞。

因此，我們將八硫化九鈷和多酸共同引入到二氧化鈦納米管材料中，形成半導體光電納米復合材料，從而明顯提高了二氧化鈦電極光電化學分解水性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合膜光陽極，其無需犧牲試劑、保護層和緩沖溶液即可高效穩定的光電分解水，實現光能到化學能的轉換，且該電極具有制備簡單、效率高、重復性好、價格低廉等優點。

本發明提供的二氧化鈦-八硫化九鈷-多酸復合膜光陽極可通過如下方法制備：

(一)二氧化鈦納米管陣列膜光陽極的制備：

首先將鈦箔裁剪大小為25×15mm的長方形，依次用洗滌劑、蒸餾水沖洗，再分別用丙酮、無水乙醇溶液超聲波清洗10分鐘后，吹干后作為陽極，以鉑片作陰極，兩電極相距2.5cm，浸入到含有1.0wt％的氟化銨的乙二醇電解液中，恒溫在25℃，在60V電壓下陽極氧化90min后，取出鈦箔用去離子水沖洗干凈，吹干，在馬弗爐中以5℃·min^-1升溫至400℃下恒溫煅燒2h，自然冷卻到室溫，即可得到二氧化鈦納米管陣列膜電極。

(二)二氧化鈦-八硫化九鈷復合膜光陽極的制備：