[發明專利]一種新型高催化活性光電極的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202011151642.3
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112266055A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 徐邁;王鳳武;張媛;方文彥
• 申請（專利權）人: 淮南師范學院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 廣東有知貓知識產權代理有限公司 44681
• 代理人: 肖林

1.一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，鈦片的預處理：

將鈦金屬片剪切成鈦片，將剪切好的鈦片放在拋光機上用600目的砂紙充分打磨至表面平整，再將打磨好的鈦片用4000目的拋光膏進行拋光至表面光滑，然后將拋光好的鈦片在超聲條件下依次用無水乙醇、丙酮和去離子水各清洗十分鐘，緊接著將清洗干凈后的鈦片放入100ml乙二醇、氫氟酸和去離子水的混合溶液中腐蝕一段時間后，再放入無水乙醇中超聲處理掉殘留的腐蝕液，最后放入乙醇中儲存備用；

步驟(2)，二氧化鈦納米管的制備：

將腐蝕好的鈦片從無水乙醇中取出晾干，氧化過程采用兩電極體系，將腐蝕清洗好的鈦片作為陽極，與鈦片相同大小的銅片作為陰極，放置到電解液中進行陽極氧化，在室溫下，采用陽極氧化法制備無定型TiO₂NTs，然后放置在無水乙醇中超聲清洗干凈，去除無定型TiO₂NTs中殘留的電解質溶液和表面雜質，接著在Na₂SO₄溶液中對TiO₂NTAs電極還原，把納米管中部分Ti⁴⁺還原成Ti³⁺，最后在N₂氣氛下退火處理，退火溫度為500℃～550℃，保溫2h得到銳鈦礦的黑色TiO₂NT電極；

步驟(3)，CuS-ZIF-8-TiO₂NTAs光電極的制備：

在30mL甲醇溶液中加入0.8mL的冰醋酸，隨后再加入1.24mmol醋酸銅，當醋酸銅全部溶解后加入1.24mmol硫脲，溶液的顏色由開始的藍色逐漸變為綠色最后黃綠色，將該溶液在室溫下老化24小時，老化完成后，在溶液的底部出現黃色沉淀，將老化后的溶液轉移至18mL的高溫高壓反應釜中，在反應溶液中放入一片黑色TiO₂NTAs一起反應，使得CuS納米空心球負載到黑色TiO₂NTAs，在50℃的真空干燥箱中干燥一夜，得到黑色CuS-TiO₂NTAs電極，采用層層自組裝法將ZIF-8顆粒負載到CuS-TiO₂NTAs上，將0.1833g六水合硝酸鋅加入到25mL甲醇中攪拌溶解，然后再加入0.405g2-甲基咪唑，制得2-甲基咪唑溶液，作為備用，將制備好的CuS-TiO₂NTAs浸泡在硝酸鋅溶液中6h，再將2-甲基咪唑溶液逐漸加入其中，以適當的速度進行攪拌，攪拌時間為30分鐘，溶液逐漸變白，最后用乙醇對光電極表面進行清洗，整個實驗過程在室溫條件下進行，操作結束后即可得到黑色CuS-ZIF-8-TiO₂NTAs光電極。

2.根據權利要求1所述的一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中鈦片的尺寸為長3cm，寬1cm，厚0.5cm。

3.根據權利要求1所述的一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中乙二醇、去離子水和氫氟酸的混合溶液中乙二醇、去離子水和氫氟酸的體積分數比為6：2：1。

4.根據權利要求1所述的一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中陽極氧化電解液由體積分數為97vol％乙二醇、3vol％蒸餾水以及質量分數為0.5wt％NH₄F配制而成。

5.根據權利要求1所述的一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中陽極氧化的電壓為60V，氧化時間為4h。

6.根據權利要求1所述的一種新型高催化活性光電極的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，CuS納米空心球負載黑色TiO₂NTAs的反應溫度為100℃，反應時間為8小時。

7.一種新型高催化活性光電極的應用，其特征在于，黑色CuS-ZIF-8-TiO₂NTAs光電極，具有較大的比表面積，可用于光電催化降解有機染料，通過黑色CuS-ZIF-8-TiO₂NTAs光電極對羅丹明B溶液的光電催化降解進行實驗研究，發現黑色CuS-ZIF-8-TiO₂NTAs光電極的催化過程穩定性好，對羅丹明B的降解效率達到了98.1％，礦化效率為82％。