[发明专利]一种用于高效还原CO2转化为碳氢燃料的新型光电阴极的制备方法

摘要

本发明涉及一种用于高效还原CO₂转化为碳氢燃料的新型光电阴极的制备方法。采用两步水热反应，先将P型半导体TiO₂NTs转化为N型半导体CuTiO₃NRs再均匀负载金属Pd量子点，获得PdQDs@CuTiO₃NRs电极。本发明制备的PdQDs@CuTiO₃NRs新型电极结合了新型窄带半导体的高效稳定的光催化性能和金属量子点的优良光电性能，具有优良的光电催化还原能力和较高的CO₂选择性转化能力。与传统n型半导体、p型半导体以及p-n异质结电极相比，该电极具有更高效的光电催化还原能力和较高的CO₂选择性转化能力。该电极制备工艺简单，能有效地将CO₂转化成碳氢燃料HCOOH和CH₃OH，在经济和社会效益方面具有较大的研究发展潜力。

主权项

一种用于高效还原CO₂转化为碳氢燃料的新型光电阴极的制备方法，其特征在于，所述光电阴极为Pd QDs@CuTiO₃ NRs复合电极，通过两步水热反应先将P型半导体TiO₂ NTs转化生长为N型半导体CuTiO₃纳米棒阵列，再均匀负载金属Pd量子点，制备得到Pd QDs@CuTiO₃ NRs复合电极，具体步骤如下：（1）对钛板进行预处理：将Ti板用砂纸打磨，分别在蒸馏水和丙酮中超声清洗20 min；随后，将钛板放入18 %的HCl水溶液中，于85℃下蚀刻10 min，蒸馏水清洗后在N₂气下干燥；（2）将预处理过的钛板为阳极，铂片电极作为对电极，电极间距1 cm，以0.25 wt% NH₄F及 1 vol% H₂O的乙二醇溶液作为电解质；在磁力搅拌下，恒温恒电位20 V阳极化2 h；随后，取出钛板超声清洗10 min，在氮气氛围中晾干；将其放入管式炉中在氧气氛围中程序升温至 500 °C煅烧3 h，制备得到钛基底上直立有序生长的稳定态的TiO₂纳米管阵列；（3）在通入氮气的条件下，配制一定浓度的乙酸铜溶液，0.05 M的乙酸铜溶液配制：取30 mL该溶液加入50 mL聚四氟乙烯内衬中，随后将步骤(2)得到的TiO₂纳米管阵列放入聚四氟乙烯内衬中，使溶液浸没TiO₂纳米管阵列部分，浸渍处理1小时；（4）将步骤（3）中处理的聚四氟乙烯内衬转移至不锈钢反应釜中，260 °C水热反应5 h；取出水热后的电极用蒸馏水清洗数次，室温晾干得到CuTiO₃ NRs电极；（5）将800 mg聚乙烯吡咯烷酮，10 mg氯化钯和350 mg碘化钾配制成15 ml的反应溶液；将（4）中制备获得的CuTiO₃ NRs电极与配制好的反应溶液一起放置于23 ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，反应釜在200 °C烘箱中水热反应2 h；取出水热后的CuTiO₃ NRs电极用去离子水清洗数次，在室温条件和氮气氛围中晾干；最终得到Pd QDs@CuTiO₃ NRs电极。