[发明专利]一种多孔掺硼金刚石电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔掺硼金刚石电极，包括网状基体，设置于所述网状基体的一侧或两侧表面的掺硼金刚石薄膜层，以及生长于所述掺硼金刚石薄膜层表面的多根二氧化钛纳米管。该多孔掺硼金刚石电极具有较大的可见光接收面积，对光源的利用效率高；具有很小的自身内阻，降低了光电催化过程中电流的消耗；含有多个P‑N异质结，大大降低了自由电子和空穴之间再结合的可能性，具有极高的光电催化效率；具备高析氧电位和多个催化活性位点，具有很强的催化活性。本发明还提供了一种孔掺硼金刚石电极的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及电催化材料技术领域，具体涉及一种多孔掺硼金刚石电极及其制备方法和应用。

背景技术

能源问题是人类正在面临的严峻问题之一，而能够充分利用自然光能量的光电催化材料在解决能源问题上有着重要意义，并一直被国内外学者作为研究的重点。

目前，大多数光催化剂材料仅仅对紫外光有吸收，而紫外光能量在自然光中只接近占有4％，因此，开发出对可见光响应好的光催化剂材料具有重要意义。二氧化钛(TiO₂)材料为典型的n型半导体，其禁带宽度约为3.2V，在光照条件下，价带的电子获得能量，向导带跃迁，导带会有自由电子产生，表现出半导体的电化学性能，因此其经常被作为电极材料应用于光催化过程中。然而在使用过程中发现TiO₂量子效率极低，光催化作用很弱，主要是由于载荷在运动过程中的再结合引起的。即使在通电的情况下，用光照射TiO₂电极表面，其催化效率也仅仅提高30-40％，虽然电场的存在，加速了载荷的迁移速率，但载荷运动过程中再结合的问题却没有得到实质性的解决。研究表明在TiO₂作为光电催化材料使用过程中，高效的分离携带不同电荷的载流子是提高光电催化效率的有效途径之一。

掺硼金刚石(BDD)是一种新颖的p型半导体材料，凭借其良好的导电性、电化学稳定性以及抗腐蚀等得到了广泛研究。然而BDD电极在实际应用过程中存在着电阳极氧化技术自身难以克服的催化效率低和能耗高的问题。

因此，有必要提供一种可以充分利用自然光能量，具有高光电催化耦合协同效应，高效的光电催化效应，低电阻能耗的电极材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多孔掺硼金刚石电极及其制备方法和应用，其能够充分利用自然光能量，具有高光电催化耦合协同效应，高效的光电催化效应，低电阻能耗的电极材料。

第一方面，本发明提供了一种多孔掺硼金刚石电极，包括网状基体，设置于所述网状基体的一侧或两侧表面的掺硼金刚石薄膜层，以及生长于所述掺硼金刚石薄膜层表面的多根二氧化钛纳米管。

可选的，所述二氧化钛纳米管垂直排布在所述掺硼金刚石薄膜层表面，所述二氧化钛纳米管的总面积占有率为60-80％。所述二氧化钛纳米管的总面积占有率为为60-80％，是指所述掺硼金刚石薄膜层一侧表面面积的60-80％被二氧化钛纳米管占据，或理解成所述二氧化钛纳米管在所述掺硼金刚石薄膜层表面的分布面积是所述掺硼金刚石薄膜层一侧表面面积的60-80％。

其中，所述二氧化钛纳米管可以是随机垂直排布在所述掺硼金刚石薄膜层表面，也可以是阵列垂直排布在所述掺硼金刚石薄膜层表面。

本发明所述多孔掺硼金刚石电极表面排布有TiO₂纳米管，由于TiO₂纳米管的结构具有很大的比表面积，因此，该多孔掺硼金刚石电极具有较大的可见光接收面积，提高了对可见光的吸收；而且当光照射至多孔掺硼金刚石电极表面的TiO₂纳米管的管状结构内部时，光束散射效果增强，提高了多孔掺硼金刚石电极对光源的利用效率。