[發明專利]一種鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極的制備方法

在審

• 申請號: 202010029264.5
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111139509A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 孫治榮;梁霄
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C23F1/26;B22F9/24;C02F1/30;C02F1/467;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F101/34;C02F101/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極的制備方法，屬于光電催化領域。本發明首先采用陽極氧化法，以鈦片作為陽極，鉑片作為陰極，將加入氟化銨的乙二醇?水混合溶液作為電解質溶液，在鈦片表面制備二氧化鈦納米管；在清洗并干燥后，將其放置于馬弗爐中煅燒，得到二氧化鈦納米管陣列電極。然后將二氧化鈦納米管陣列電極放入氯化鉍鹽酸溶液中進行水熱反應，制得鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極。改性后的電極增強了二氧化鈦對可見光的響應能力，實現了在可見光下的光電催化氧化能力。

技術領域

本發明屬于光電催化領域，特別涉及一種基于陽極氧化-水熱技術的制備鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極的方法，該電極可用于環境水體中苯酚和有機染料的光電催化降解。

背景技術

光電催化技術是在二十世紀末興起并發展起來的一項將光化學與電化學結合的技術，通過在電極兩端施加外加偏壓構建的光電催化體系，使光生電子與光生空穴相反向移動，促進光生電子與光生空穴的分離，以達到降低光催化過程中光生電子與光生空穴復合的問題，提高催化能力。二氧化鈦作為一種具有無毒、催化活性高、氧化能力強、穩定性好、反應條件溫和、不產生二次污染、制備材料易得等優點的材料，被廣泛研究并應用于光催化與光電催化領域中。但是，由于二氧化鈦的禁帶寬度較大，僅在紫外光下有催化作用，在可見光下幾乎無響應，這限制了其在自然條件下的應用。為此，通過對二氧化鈦的改性，來減小二氧化鈦的禁帶寬度，增強二氧化鈦對可見光的吸收與光響應，拓寬二氧化鈦的應用范圍，提高二氧化鈦在可見光下的催化活性。

本發明以鈦板為基體材料，通過陽極氧化法，使鈦板表面生成二氧化鈦納米管陣列，然后通過水熱法，將鉍負載到二氧化鈦納米管表面，經過清洗、烘干后制得鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極。

發明內容

本發明提供了一種有較高光電催化反應能力的鉍改性二氧化鈦納米管陣列電極，并提供了上述電極的制備方法。

本發明首先通過陽極氧化法制備了二氧化鈦納米管陣列電極，并采用水熱法將Bi修飾在二氧化鈦納米管陣列電極的表面。

本發明的制備步驟如下：

(1)將鈦片用砂紙打磨至表面光滑平整后在丙酮、異丙醇、乙醇中依次進行超聲處理，然后用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干備用；

(2)將去離子水、濃硝酸、氫氟酸混合制成刻蝕液，并在混合液中加入氟化銨；將(1)中制得的鈦片置于刻蝕液中刻蝕處理30s，然后用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干備用；刻蝕液中去離子水、濃硝酸、氫氟酸溶液的體積比例為11:8:1(使用的濃硝酸、氫氟酸溶液均為分析純級)，氟化銨的質量分數為3.5％；

(3)配制體積比為24:1的乙二醇與水混合溶液，并加入0.25％～0.5％的氟化銨，攪拌均勻作為電鍍液；

(4)將(2)中處理后的鈦片作為陽極，鉑片作為陰極，在(3)制備的電鍍液中對鈦片進行陽極氧化處理，其中反應溫度為20℃，恒定電壓為20V～60V，陽極氧化時間為0.5h～6h；

(5)將(4)中陽極氧化后的鈦片使用乙醇與去離子水反復清洗后，放置于鼓風干燥箱中干燥，干燥后取出冷卻至室溫，然后將其置于馬弗爐中，以2℃/min的升溫速率升至450℃～600℃，恒溫2h，等到冷卻至室溫后取出，得到二氧化鈦納米管陣列電極；

(6)配制0.01～0.2mol/L的氯化鉍鹽酸溶液于水熱反應釜中，其中鹽酸的濃度為1～3mol/L；將步驟(5)中制備的二氧化鈦納米管陣列電極置于配制的溶液中，然后將反應釜密封，置于鼓風干燥箱中進行水熱反應，其中水熱反應時間為12h～60h，水熱反應溫度為85℃～165℃，水熱反應結束后，用去離子水清洗電極表面，然后置于鼓風干燥箱中進行干燥，制得鉍改性的二氧化鈦納米管陣列電極。