[發(fā)明專利]一種具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極及其制備和應用

有效

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• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113189174B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 張亞男;胡藝瓊;谷曉彤;趙國華
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極及其制備和應用，該二氧化鈦光電極以鈦網(wǎng)為鈦源，以鹽酸為形貌控制劑，以過氧化氫為氧化劑，通過氣相水熱方法在鈦網(wǎng)基底上原位生長頂端{111}晶面暴露的一維直立金紅石TiOsubgt;2/subgt;納米棒；再通過二次水熱于納米棒外生長{101}、{111}納米片，形成三維晶面結(jié)結(jié)構(gòu)(Facet?Junction，簡稱FH)，通過調(diào)節(jié)水熱反應時間和溶劑比例，優(yōu)化納米片生長密度和暴露比例，制備得到的FH?{111}TiOsubgt;2/subgt;/Ti光電極可應用于雙酚A(BPA)廢水的深度去除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的光電極具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極({111}/{101}、{111}/{110}、{110}/{101})，具有高電荷分離能力和高效光電催化氧化能力，在20～60min內(nèi)對雙酚A表現(xiàn)出100％去除。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極及其制備和應用。

背景技術(shù)

雙酚A(Biphenol?A，簡稱BPA)是一種半持久性環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，表現(xiàn)出類似雌激素的作用，盡管比較小的劑量也會造成生殖毒性、神經(jīng)毒性、糖尿病、致癌致畸等一系列危害。BPA主要用于環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯塑料的生產(chǎn)，因此常存在于食品罐頭襯里，聚碳酸酯塑料，阻燃劑，熱收據(jù)，環(huán)氧樹脂和醫(yī)療設備。在我國，BPA使用量大，許多城市河道、污水廠出水等均檢出BPA，尤其以造紙廠、精細化工廠等排放的廢水中檢出BPA含量較高，超出國家標準的規(guī)定限值(BPA?15.72ng?L^-1)的數(shù)十數(shù)百倍。自然界中的BPA在通過生物濃縮、生物積累和生物放大作用進入生物體后會對生物體產(chǎn)生損害，從而造成生物體的不可逆損傷，因此，世界各國對BPA污染都給予了高度重視，例如我國在食品接觸材料檢測標準(GB4806-2016)對BPA的用量做了規(guī)定。因此高效去除水體中的BPA是當前環(huán)境水處理領(lǐng)域的熱點課題。

在過去的幾十年里，二氧化鈦(TiO₂)由于其化學穩(wěn)定性、環(huán)境友好性和避免光腐蝕的優(yōu)點，被研究用于光催化、光電催化、太陽能電池等領(lǐng)域應用前景廣闊。相比于應用廣泛的銳鈦礦型二氧化鈦，金紅石型二氧化鈦是熱力學上最穩(wěn)定的晶型，且在室溫下帶隙較窄，約為3.0eV，可以將光響應范圍拓寬至可見光區(qū)域，但由于其光生電子空穴對的復合速率快，限制了其應用能力。

如中國專利CN108911056A公開了一種{001}晶面可控暴露的二氧化鈦光電極的制備及應用，其以鈦板為鈦源，以氫氟酸為封端劑，通過水熱方法在鈦基底上原位生長TiO₂花狀微球結(jié)構(gòu)，其{001}晶面暴露比為0％～100％，制備得到的{001}TiO₂/Ti光電極可以應用在鄰苯二甲酸二甲酯廢水光電催化氧化降解中，該專利具有較高的光電催化降解性能，但是，以鈦板為基底制備得到的平板電極，生長位點暴露較少，生長得到的TiO₂花狀微球?qū)訉佣询B，不利于光生載流子的選擇性空間分離，且易脫落；此外，鈦板基底難剪裁，在實際應用中受限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極及其制備和應用，可以顯著促進光生電荷的分離和轉(zhuǎn)移，有效實現(xiàn)對水體中雙酚A的降解去除。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一方面，本發(fā)明提供了一種具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的二氧化鈦光電極的制備方法，先以鈦網(wǎng)為鈦源，以鹽酸為形貌控制劑，以過氧化氫為氧化劑，通過氣相水熱方法在鈦網(wǎng)基底上原位生長頂端{111}晶面暴露的一維直立金紅石TiO₂納米棒；再通過二次水熱于納米棒外生長{101}、{111}納米片，形成三維晶面結(jié)結(jié)構(gòu)，得到具有三維晶面結(jié)性質(zhì)的FH-{111}TiO₂/Ti光電極，即為目的產(chǎn)物。具體的，上述制備過程包括以下步驟：