[發明專利]一種制備具有核殼結構氮化碳修飾二氧化鈦光陽極的方法

有效

• 申請號: 201710430146.3
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107326394B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 劉長海;王芳;陳智棟
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25D11/26;C23C8/54
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本發明公開了氮化碳修飾二氧化鈦納米管光陽極材料的方法。該方法采用陽極氧化法制備二氧化鈦光納米管陽極，通過煅燒三聚氰酸和三聚氰胺的混合物制備氮化碳，將三聚氰酸三聚氰胺混合物均勻鋪在兩片陽極氧化后的二氧化鈦之間，通過在氮氣中煅燒，使氮化碳生長在二氧化鈦納米管的管壁及管徑內，得到氮化碳包覆的二氧化鈦納米管光陽極，提高其光電性能。本發明制備簡單，反應容易控制，易制得包覆氮化碳的二氧化鈦納米管，且氮化碳在二氧化鈦納米管上包覆效果較好。

技術領域

本發明屬于光陽極修飾技術領域，特別涉及一種氮化碳修飾二氧化鈦納米管光陽極的方法。

背景技術

近幾十年來，隨著全球能源需求的持續增長，尋求新能源的研究越來越受到人們的關注。氫能,它作為二次能源,具有清潔、高效、安全、可儲存等諸多優點,是一種公認的新世紀無污染的綠色能源,因此受到了國際的高度重視。以TiO₂或TiO₂復合材料為光極材料應用于電解水制氫的研究得到了蓬勃發展。納米管具有更大的比表面積,更強的吸附能力，這些原因均可導致其具有更高的水分解產氧效率。用TNTAs為光電極可以得到更高的產氧量和產氫量。

然而,由于TiO₂是一個寬帶隙半導體，只能被紫外光激發,而紫外光只占整個太陽光的4％,對太陽光的利用率很低，因此如果以單一TiO₂納米材料作為光電極,將嚴重限制光催化分解水產氧的應用。

由于半導體材料二氧化鈦只能吸收波長較小的紫外光且光生電子空穴易復合，在光電催化應用方面受到了很大的限制，因此對其進行改性很有必要。將二氧化鈦與禁帶寬度較小的半導體進行復合是改進半導體性能的一種有效手段。在光照情況下，半導體受到光的激發，產生的電子和空穴分別存在不同半導體的導帶和價帶上，進而電子和空穴進行轉移，有效實現電子空穴的分離，擴大光響應，提高光催化活性。而氮化碳(C₃N₄)作為一種新型的光催化材料，是近年來受到廣泛研究的重要非金屬材料。相比其他催化劑,由于其適中的帶隙，氮化碳可以吸收更多的可見光。其能級結構與二氧化鈦的能級能夠很好的匹配，氮化碳產生的電子能夠較快較好的傳輸到TiO₂上面，因此有較高光電催化活性。在光電催化領域具有不可小覷的地位。到目前為止,關于C₃N₄-TiO₂復合材料的研究并不多見。有報道用水熱法和熱轉換法制備C₃N₄-TiO₂復合光催化材料,可以有效地光催化降解有害有機物。

由于二氧化鈦納米管和氮化碳在光電催化方面都具有很高的研究價值，所以將二者進行結合，形成能級匹配的異質結，可以有效地增加光的利用率并且抑制電子空穴的復合，很好的解決了二氧化鈦在光電催化領域現有的一些缺點。

發明內容

本發明目的在于提供一種氮化碳修飾二氧化鈦納米管光陽極的方法，提高作為光陽極材料的二氧化鈦的光電性能。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

氮氣中煅燒三聚氰酸和三聚氰胺混合體的方法，使陽極氧化的二氧化鈦納米管包裹上氮化碳，提高其光電性能，包括以下步驟：

步驟1)陽極氧化的工作電極采用純鈦片(99％)，對電極為鉑片，以含氟化銨，水，丙三醇的溶液為電解液，陽極氧化得到二氧化鈦納米管。

步驟2)稱取摩爾比相同的三聚氰酸、三聚氰胺，置于去離子水中進行攪拌，得到三聚氰酸和三聚氰胺的混合物。

步驟3)稱取一定量的混合物均勻鋪在兩片未煅燒的二氧化鈦納米管之間，在氮氣中550℃下煅燒，得到氮化碳修飾的二氧化鈦納米管光陽極。

進一步的，所述的陽極氧化的氟化銨溶液的濃度為0.3～0.7wt％。

進一步的，所述的陽極氧化的氟化銨溶液中丙三醇與水體積比為4:1。