[發(fā)明專利]一種近紅外光催化電極、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011149277.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112382510B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張敬東;高潔;閆凱
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;H01M14/00;G01N27/30
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于光催化電極領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明公開了一種近紅外光催化電極、制備方法及應(yīng)用。所述近紅外光催化電極包括：導(dǎo)電基底和涂覆于該導(dǎo)電基底表面的能夠?qū)t外光響應(yīng)的光敏材料；所述光敏材料包括半導(dǎo)體材料和鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料。所述制備方法包括：將半導(dǎo)體材料與鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料按照預(yù)設(shè)質(zhì)量比混合后超聲處理得到光敏材料；將光敏材料加入去離子水中得到光敏材料分散液，將該分散液滴涂于導(dǎo)電基底表面，烘干并沖洗后得到近紅外光催化電極。本發(fā)明解決了常規(guī)半導(dǎo)體不易被近紅外光激發(fā)的問題，拓寬了半導(dǎo)體對光的吸收范圍，增加了對太陽光的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化電極領(lǐng)域，更具體地，涉及一種近紅外光催化電極、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

自供能電化學(xué)傳感器是通過構(gòu)建合適的電池系統(tǒng)為電化學(xué)傳感提供能源，利用待測物直接或間接的參與電極反應(yīng)而引起電池輸出信號的變化而構(gòu)建的傳感器。與傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器不同，這種自供能無需外部電源，通過采集環(huán)境中的能量，實現(xiàn)了傳感器的自供電，大大簡化了傳感器的制備過程，有利于傳感器向小型化，集成化發(fā)展。

現(xiàn)有的自供能傳感器大多數(shù)是以酶催化燃料電池為基礎(chǔ)的。然而生物酶易受環(huán)境影響，且反應(yīng)底物有限等缺點限制了自供能傳感器的發(fā)展。光催化燃料電池是以半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換性能為基礎(chǔ)，通過有機污染物在光電極上發(fā)生的光催化反應(yīng)產(chǎn)生電能，兼具環(huán)保和發(fā)電的雙重優(yōu)勢，有很高的應(yīng)用價值。現(xiàn)階段，光催化燃料電池通常由一個光陽極和催化陰極組成，光源可以直接影響光電極的電子-空穴對分離從而影響電池的輸出功率。在構(gòu)建生物傳感器時，紫外光能量較高，易損傷生物識別元件或樣品，不適于生物分析。較為常用的是以可見光為光源。與可見光相比，近紅外光具有較小的光漂白性，較低的光毒性和能消除生物組織的自熒光。但常規(guī)半導(dǎo)體帶隙較為固定，不易被近紅外光激發(fā)產(chǎn)生有效的電子-空穴對分離。其中，近紅外光是指波長在780～2526nm范圍內(nèi)的電磁波。

因此，如何得到一種可以適用于近紅外光催化的電極成為研發(fā)人員關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種近紅外光催化電極、制備方法及應(yīng)用，其目的將鑭系上轉(zhuǎn)換材料引入半導(dǎo)體作為光催化劑，解決了常規(guī)半導(dǎo)體不易被近紅外光激發(fā)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種近紅外光催化電極，包括：導(dǎo)電基底和涂覆于該導(dǎo)電基底表面的能夠?qū)t外光響應(yīng)的光敏材料；所述光敏材料包括半導(dǎo)體材料和鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料。

優(yōu)選地，所述鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料為鐿、鉺共摻雜四氟釔鈉，鐿、銩共摻雜四氟釔鈉或鐿、銩、鉺共摻雜四氟釔鈉。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體材料為硫化鎘或硫化鉍。

優(yōu)選地，所述光敏材料中鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料的質(zhì)量為半導(dǎo)體材料質(zhì)量的5％-30％。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電基底為導(dǎo)電玻璃電極、玻碳電極、石墨電極或鈦電極。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種近紅外光催化電極的制備方法，所述方法包括：將半導(dǎo)體材料與鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料按照預(yù)設(shè)質(zhì)量比混合后超聲處理得到光敏材料；將光敏材料加入去離子水中得到光敏材料分散液，將該分散液滴涂于導(dǎo)電基底表面，烘干并沖洗后得到近紅外光催化電極。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)質(zhì)量比為鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料的質(zhì)量為半導(dǎo)體材料質(zhì)量的5％-30％。

優(yōu)選地，所述鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料通過下列步驟制備得到：將溶解有鑭系元素鹽的有機溶液和溶解有氟化銨和聚乙烯亞胺的有機溶液混合均勻，加入反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)，得到鑭系上轉(zhuǎn)換納米材料。

優(yōu)選地，所述超聲處理的時間為30-60分鐘，所述將該分散液滴涂于導(dǎo)電基底表面之前包括將導(dǎo)電基底清洗、封裝并通過引出孔引出導(dǎo)電銅帶。

按照本發(fā)明的再一個方面，提供了一種近紅外光催化電極在光催化燃料電池或自供能傳感器上的應(yīng)用。