[發明專利]一種二氧化鈦薄膜電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911010347.3
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110783111A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 曾慶意;常晟;胡春;王銘麒
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;C01B3/04;C25B1/04;C25B11/06;C23C18/12
• 代理公司: 44202 廣州三環專利商標代理有限公司
• 代理人: 顏希文

本發明提供了一種二氧化鈦薄膜電極及制備方法和應用，所述方法將FTO導電玻璃浸沒在由三氯化銻、鈦酸四丁酯和鹽酸溶液混合得到的混合溶液中，在150～180℃下反應4～8h；冷卻沖洗干燥后在400～500℃熱處理2～6h，得到所述二氧化鈦薄膜電極。將二氧化鈦薄膜電極和單晶硅電池片組合可以得到光陽極；本發明的光電池的陽極為光陽極，光電池的陰極鉑電極，光電池的電解質為硫酸鈉水溶液，光電池可以用于降解水中的有機物。本發明的二氧化鈦薄膜電極具有良好的可見光響應和光催化性能，能有效抑制光生載流子的復合、促進光生電子?空穴的分離；本發明的光陽極可以在太陽光輻照下用于水中有機物物的降解，并且可以同時產生氫氣且不需要額外提供電壓。

技術領域

本發明涉及用于廢水處理的材料領域，具體涉及一種二氧化鈦薄膜電極及其制備方法和應用。

背景技術

利用太陽能處理廢水被認為一種非常有潛力和前途的技術。光電催化分解水制氫技術是半導體光催化劑在一定波長的太陽光照射下產生光生載流子(電子-空穴)與水中的H⁺和OH^-發生氧化還原反應產生氫氣和氧氣的過程。光催化被應用在污水處理行業，在光催化過程中產生的強氧化性的羥基自由基可以氧化難降解的有機物。但是光催化過程中光生電子和空穴極易復合導致光催化分解水制氫和光催化降解有機污染物的光量子效率都很低。為了進一步提高光催化效率，大多數研究者通過施加電壓提高降解效率，但是施加電壓會增加能源消耗。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種二氧化鈦薄膜電極及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種二氧化鈦薄膜電極的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將三氯化銻和鈦酸四丁酯溶解在鹽酸溶液中得到混合溶液A；

(2)在密閉的反應容器中將FTO導電玻璃浸沒在所述混合溶液A中，然后在150～180℃下反應4～8h；

(3)冷卻后用去離子水沖洗步驟(2)處理后的FTO導電玻璃，干燥后在400～500℃熱處理2～6h，得到所述二氧化鈦薄膜電極。

上述方法制備得到的二氧化鈦薄膜電極為銻(Sb)摻雜的TiO₂納米管陣列薄膜電極，二氧化鈦薄膜電極上Sb均勻有序地分散于TiO₂納米管的管壁，上述方法制備得到的二氧化鈦薄膜電極具有良好的可見光響應和光催化性能，上述方法制備得到的二氧化鈦薄膜電極的機械穩定性較好和使用壽命長；上述方法制備得到的二氧化鈦薄膜電極在光照下產生的強氧化性的羥基自由基和其他活性氧能夠氧化礦化有機污染物，可以用于有機廢水處理；上述方法制備得到的二氧化鈦薄膜電極能有效抑制光生載流子的復合、促進光生電子-空穴的分離，實現光生載流子的有效利用。

優選地，所述混合溶液A中三氯化銻和鈦酸四丁酯的摩爾比為1:8～9。

發明人經過研究發現，二氧化鈦薄膜電極的制備方法中當混合溶液A中三氯化銻和鈦酸四丁酯的摩爾比為1:8～9時，制備得到的二氧化鈦薄膜電極的可見光響應和光催化性能更好。

優選地，所述步驟(1)中，鹽酸溶液的質量濃度為15％～20％，所述混合溶液A中，三氯化銻的濃度為4～5mmol/L。

發明人經過研究發現，二氧化鈦薄膜電極的制備方法中當步驟(1)中，鹽酸溶液的質量濃度為15％～20％，所述混合溶液A中，三氯化銻的濃度為4～5mmol/L時，制備得到的二氧化鈦薄膜電極上Sb能夠更均勻有序地分散于TiO₂納米管的管壁，二氧化鈦薄膜電極的抑制光生載流子的復合、促進光生電子-空穴的分離的性能更好。

優選地，所述步驟(2)中，在170℃下反應6h，所述步驟(3)中，在500℃熱處理4h。

優選地，所述步驟(2)中，所述密閉的反應容器為具有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜。