[發明專利]一種金修飾的磷摻雜氮化碳復合材料修飾二氧化鈦光電極、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201710726943.6
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107475745B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 孔維倩;張曉凡;何廣利;常彬彬;張守仁;楊保成
• 申請（專利權）人: 黃河科技學院
• 主分類號: C25B11/08
• 分類號: C25B11/08;C25B1/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;張麗

一種金修飾的磷摻雜氮化碳復合材料修飾二氧化鈦光電極、其制備方法及應用，所述制備方法首先以FTO導電玻璃為襯底，通過水熱合成法制得生長有TiO₂納米棒的FTO導電玻璃，然后制備P摻雜的C₃N₄復合材料、金修飾的P摻雜的C₃N₄復合材料，將金修飾的P摻雜的C₃N₄復合材料溶于水中，旋凃于生長有TiO₂納米棒的FTO導電玻璃上，即得P?C₃N₄@Au修飾TiO₂光電極（即金修飾的磷摻雜氮化碳復合材料修飾二氧化鈦光電極）。本發明的P?C₃N₄@Au修飾TiO₂光電極不僅拓寬了光譜吸收范圍、增強了紫外可見光的吸收強度，而且光電催化性質也得到了有效的改善。

技術領域

本發明屬于光電材料領域，具體涉及一種金修飾的磷摻雜氮化碳復合材料修飾二氧化鈦光電極、其制備方法及應用。

背景技術

在當今社會，人類對于天然氣，煤炭，石油等傳統能源的過度開發和使用，使得能源危機愈來愈加劇。在大量消耗傳統的不可再生資源的同時還產生嚴重的環境污染和溫室效應。為了社會的可持續發展，開發和利用可再生的清潔的能源越來越引起人們的關注。自然界中太陽能儲備量遠遠超過其它可再生資源，無污染而且不受地域的限制，是一種清潔的可再生資源。如何高效地利用太陽能成為我們面臨的挑戰。在開發利用太陽能的各種方式中，利用光催化分解水產生氫氣和氧氣是一種有效的將光的能量轉化為化學能的有效方法。此外，在光催化分解水的過程中沒有產生任何有污染的物質，所產生的氫氣更是一種理想的綠色能源，其燃燒的唯一產物是水，具有高效、清潔的特征。因此，以水為原料，結合催化劑的特點，充分利用光電催化技術。在太陽能的作用下，使催化劑可以有效的分解水得到氫能，從而得可再生能量。

二氧化鈦（TiO₂）作為一種典型的n型半導體材料，不僅具有很強的氧化性，且在反應過程中具有良好的反應活性和穩定性，沒有二次污染，曾被首次應用于光電催化分解水。由于TiO₂空穴的電勢約為3.0 ~ 3.2 V（vs. RHE），只能吸收紫外光，而紫外光只占地球表面太陽能的4%，因此TiO₂的太陽能轉換效率比較低，限制了TiO₂在光電催化方面的應用。為了提高TiO₂對太陽光的利用率進而增強其光電轉化效率，我們可以從兩方面進行修飾和改性。一方面通過摻雜拓寬TiO₂的光譜吸收范圍，例如：N、S、P單摻雜[S. Hoang, S. P.Berglund, N. T. Hahn, A. J. Bard, C. B. Mullins, J. Am. Chem. Soc., 2012,134, 3659-3662]，N/Si共摻雜[X. F. Zhang, B. Y. Zhang, Z. X. Zuo, M. K. Wang,Y. Shen, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 10020-10025]等。或通過貴金屬沉積（Au、Ag等），利用其局域等離子體共振效應拓寬光譜范圍并提高對光的利用率[W. B. Hou, S. B.Cronin, Adv. Funct. Mater., 2013, 23, 1612-1619]。另一方面采用半導體復合技術修飾TiO₂，在帶隙能級匹配的條件下不僅有利于拓寬其光譜吸收范圍，而且可以有效提高載流子的分離和轉移效率。