[发明专利]一种二氧化钛薄膜电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二氧化钛薄膜电极及制备方法和应用，所述方法将FTO导电玻璃浸没在由三氯化锑、钛酸四丁酯和盐酸溶液混合得到的混合溶液中，在150～180℃下反应4～8h；冷却冲洗干燥后在400～500℃热处理2～6h，得到所述二氧化钛薄膜电极。将二氧化钛薄膜电极和单晶硅电池片组合可以得到光阳极；本发明的光电池的阳极为光阳极，光电池的阴极铂电极，光电池的电解质为硫酸钠水溶液，光电池可以用于降解水中的有机物。本发明的二氧化钛薄膜电极具有良好的可见光响应和光催化性能，能有效抑制光生载流子的复合、促进光生电子‑空穴的分离；本发明的光阳极可以在太阳光辐照下用于水中有机物物的降解，并且可以同时产生氢气且不需要额外提供电压。

技术领域

本发明涉及用于废水处理的材料领域，具体涉及一种二氧化钛薄膜电极及其制备方法和应用。

背景技术

利用太阳能处理废水被认为一种非常有潜力和前途的技术。光电催化分解水制氢技术是半导体光催化剂在一定波长的太阳光照射下产生光生载流子(电子-空穴)与水中的H⁺和OH^-发生氧化还原反应产生氢气和氧气的过程。光催化被应用在污水处理行业，在光催化过程中产生的强氧化性的羟基自由基可以氧化难降解的有机物。但是光催化过程中光生电子和空穴极易复合导致光催化分解水制氢和光催化降解有机污染物的光量子效率都很低。为了进一步提高光催化效率，大多数研究者通过施加电压提高降解效率，但是施加电压会增加能源消耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种二氧化钛薄膜电极及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种二氧化钛薄膜电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将三氯化锑和钛酸四丁酯溶解在盐酸溶液中得到混合溶液A；

(2)在密闭的反应容器中将FTO导电玻璃浸没在所述混合溶液A中，然后在150～180℃下反应4～8h；

(3)冷却后用去离子水冲洗步骤(2)处理后的FTO导电玻璃，干燥后在400～500℃热处理2～6h，得到所述二氧化钛薄膜电极。

上述方法制备得到的二氧化钛薄膜电极为锑(Sb)掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜电极，二氧化钛薄膜电极上Sb均匀有序地分散于TiO₂纳米管的管壁，上述方法制备得到的二氧化钛薄膜电极具有良好的可见光响应和光催化性能，上述方法制备得到的二氧化钛薄膜电极的机械稳定性较好和使用寿命长；上述方法制备得到的二氧化钛薄膜电极在光照下产生的强氧化性的羟基自由基和其他活性氧能够氧化矿化有机污染物，可以用于有机废水处理；上述方法制备得到的二氧化钛薄膜电极能有效抑制光生载流子的复合、促进光生电子-空穴的分离，实现光生载流子的有效利用。

优选地，所述混合溶液A中三氯化锑和钛酸四丁酯的摩尔比为1:8～9。

发明人经过研究发现，二氧化钛薄膜电极的制备方法中当混合溶液A中三氯化锑和钛酸四丁酯的摩尔比为1:8～9时，制备得到的二氧化钛薄膜电极的可见光响应和光催化性能更好。

优选地，所述步骤(1)中，盐酸溶液的质量浓度为15％～20％，所述混合溶液A中，三氯化锑的浓度为4～5mmol/L。

发明人经过研究发现，二氧化钛薄膜电极的制备方法中当步骤(1)中，盐酸溶液的质量浓度为15％～20％，所述混合溶液A中，三氯化锑的浓度为4～5mmol/L时，制备得到的二氧化钛薄膜电极上Sb能够更均匀有序地分散于TiO₂纳米管的管壁，二氧化钛薄膜电极的抑制光生载流子的复合、促进光生电子-空穴的分离的性能更好。

优选地，所述步骤(2)中，在170℃下反应6h，所述步骤(3)中，在500℃热处理4h。

优选地，所述步骤(2)中，所述密闭的反应容器为具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜。