本發(fā)明屬于電極制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有非均相光電催化性能的ir摻雜的ti/sno2電極。

背景技術(shù)：

寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強以及化學(xué)穩(wěn)定性良好等特性。sno2材料是一種具有金紅石結(jié)構(gòu)的寬禁帶n型半導(dǎo)體材料，空間群屬p42/mnm。常溫下其帶隙寬eg=3.6ev，可以以帶間直接躍遷的方式獲得高效率的輻射。

鈦基錫系電極的析氧過電位較高，是電化學(xué)氧化廢水體系中理想的陽極材料，但其催化效率及使用壽命仍有待提高，且其復(fù)合涂層中摻雜元素對電極性能的影響機制還不明確，使針對該類電極的改性研究成為電化學(xué)氧化有機廢水體系的研究熱點。本發(fā)明通過摻雜少量貴金屬活性ir組元制備得到一種改性ti/sno2電極，可為處理生物難降解有機廢水提供性能更優(yōu)良的鈦基錫系電極。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有非均相光電催化性能的ir摻雜鈦基二氧化錫電極，其具有較好廢水處理效果，可用于生物難降解有機廢水的處理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有光電催化性能的ir摻雜鈦基二氧化錫電極，其ir的摻雜量為5mol%-25mol%。

所述ir摻雜鈦基二氧化錫電極的制備方法包括以下步驟：

1）按金屬離子摩爾比1:3-1:19分別稱取氯銥酸和四氯化錫，將其共同溶于無水乙醇中，超聲振蕩使之溶解均勻，然后放置24h，得濃度15%~30%的涂液；

2）將所得涂液均勻涂覆于刻蝕過的鈦基體表面，涂覆量控制在每平方厘米鈦基體上銥原子的重量為0.2~0.6mg，然后經(jīng)紅外光照至固化，再放在500℃的箱式電阻爐中熱氧化15min，出爐冷卻；

3）按步驟2）反復(fù)操作3~5次后，500℃恒溫退火60min，獲得摻雜貴金屬活性的ir改性ti/sno2電極。

為了使活性涂層和工業(yè)ta1級鈦基體之間牢固地結(jié)合在一起，增加電極的表面面積，減緩基體表面鈍化，所述鈦基體在使用前需預(yù)先經(jīng)去脂、噴砂、20wt%沸騰硫酸刻蝕40min，水洗，以除去表面的油污及可能存在的氧化物。

傳統(tǒng)鈦基二氧化錫電極中，半導(dǎo)體氧化物sno2只起到光催化作用，且其禁帶寬度較大，光量子的產(chǎn)量少，降解效果差。而在其中摻入貴金屬活性ir組元后，其禁帶減小和雜質(zhì)能級的形成能有效提高光量子，且金屬ir不僅具有良好的導(dǎo)電性，同時還具有優(yōu)良的電催化活性，ir的加入增加了復(fù)合氧化物的導(dǎo)電性，傳荷電阻rct減小，促進(jìn)了電子的轉(zhuǎn)移，而ir的特殊f軌道也使摻雜ir后的電極具有更好的催化效果，其中，以ir摻雜量達(dá)到6.25mol%時催化效果最好。

而當(dāng)ir摻雜量達(dá)到25mol%以上時，雖然涂層氧化物的禁帶已經(jīng)消失形成金屬氧化物，其導(dǎo)電性能提高，但ir摻雜量過高會使其表層sn3d含量減少，進(jìn)而犧牲其光催化性能，以電催化為主。能帶分析可知，ir摻雜過量后能帶減小導(dǎo)致光生電子與空穴復(fù)合快，這也會減小光量子產(chǎn)量。同時，sno2的禁帶隨ir含量的增加而減小，導(dǎo)致光生電子-空穴對的氧化還原能力下降，當(dāng)禁帶寬度降低到一定程度時，光生電子-空穴對就不再具有氧化或還原能力。

附圖說明

圖1為不同ir摻雜量的ti/sno2電極涂層的紫外-可見漫反射光譜，其中，（a）中ir摻雜量為0mol%，（b）中ir摻雜量為6.25mol%，（c）中ir摻雜量為12.5mol%,（d）中ir摻雜量為25mol%。

圖2為不同ir摻雜量的ti/sno2電極在光電催化條件下降解甲基橙溶液150min后的電位-光電流曲線圖。

圖3為不同ir摻雜量的ti/sno2電極光電催化降解甲基橙溶液的紫外-可見吸收光譜，其中，（a）中ir摻雜量為0mol%，（b）中ir摻雜量為6.25mol%，（c）中ir摻雜量為12.5mol%,（d）中ir摻雜量為25mol%。

圖4為不同ir摻雜量的ti/sno2電極光電催化降解甲基橙溶液150min后的總有機碳（toc）剩余量。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實施例1

1）按金屬離子摩爾比1:15分別稱取氯銥酸和四氯化錫，將其共同溶于無水乙醇中，超聲振蕩使之溶解均勻，然后放置24h，得涂液；

2）將工業(yè)ta1級鈦板預(yù)先經(jīng)去脂、噴砂、20wt%沸騰硫酸刻蝕40min，水洗；然后將步驟1）所得涂液均勻涂覆于刻蝕過的鈦基體表面，涂覆量控制在每平方厘米鈦基體上銥原子的重量為0.4mg，然后經(jīng)紅外光照至固化，再放在500℃的箱式電阻爐中熱氧化15min，出爐冷卻；

3）按步驟2）反復(fù)操作3~5次后，500℃恒溫退火60min，獲得6.25mol%ir摻雜的改性ti/sno2電極。

實施例2

1）按金屬離子摩爾比1:7分別稱取氯銥酸和四氯化錫，將其共同溶于無水乙醇中，超聲振蕩使之溶解均勻，然后放置24h，得涂液；

2）將工業(yè)ta1級鈦板預(yù)先經(jīng)去脂、噴砂、20wt%沸騰硫酸刻蝕40min，水洗；然后將步驟1）所得涂液均勻涂覆于刻蝕過的鈦基體表面，涂覆量控制在每平方厘米鈦基體上銥原子的重量為0.4mg，然后經(jīng)紅外光照至固化，再放在500℃的箱式電阻爐中熱氧化15min，出爐冷卻；

3）按步驟2）反復(fù)操作3~5次后，500℃恒溫退火60min，獲得12.5mol%ir摻雜的改性ti/sno2電極。

實施例3

1）按金屬離子摩爾比1:3分別稱取氯銥酸和四氯化錫，將其共同溶于無水乙醇中，超聲振蕩使之溶解均勻，然后放置24h，得涂液；

2）將工業(yè)ta1級鈦板預(yù)先經(jīng)去脂、噴砂、20wt%沸騰硫酸刻蝕40min，水洗；然后將步驟1）所得涂液均勻涂覆于刻蝕過的鈦基體表面，涂覆量控制在每平方厘米鈦基體上銥原子的重量為0.4mg，然后經(jīng)紅外光照至固化，再放在500℃的箱式電阻爐中熱氧化15min，出爐冷卻；

3）按步驟2）反復(fù)操作3~5次后，500℃恒溫退火60min，獲得25mol%ir摻雜的改性ti/sno2電極。

圖1為不同ir摻雜量的ti/sno2電極涂層的紫外-可見漫反射光譜，其中，（a）中ir摻雜量為0mol%，（b）中ir摻雜量為6.25mol%，（c）中ir摻雜量為12.5mol%,（d）中ir摻雜量為25mol%。從圖中可以看出，純sno2的禁帶寬度為3.31ev，稍小于理論值3.6ev，這主要是因為氧缺陷的存在造成禁帶寬度的減小。而當(dāng)摻雜6.25mol%、12.5mol%、25mol%的ir元素后，其禁帶寬度分別減小為1.14ev、0.81ev、0.74ev，說明禁帶寬度隨著ir含量的增大而減小。

圖2為不同ir摻雜量的ti/sno2電極在光電催化條件下降解甲基橙溶液150min后的電位-光電流曲線圖。由圖中可見，當(dāng)電位大于1.1v時，電極上由于發(fā)生析氧反應(yīng)而使電流迅速增大。光電流隨著ir摻雜量的增加先增大而后減小，在ir含量為6.25mol%時，相較于其他摻雜量電極產(chǎn)生的光電流最大。這與前面的實驗結(jié)果相符合，即當(dāng)摻雜一定的ir后，涂層的導(dǎo)電性增大，且禁帶減小，光生載流子產(chǎn)量增加，所以摻雜ir6.25mol%后，其光電流明顯增大。而當(dāng)ir摻雜量繼續(xù)增加，雖然導(dǎo)電性會繼續(xù)增大，但是禁帶過窄會導(dǎo)致光生電子-空穴復(fù)合率增大，兩種方式共同作用后，其結(jié)果是光電流減小。綜上摻雜量為6.25mol%時具有最大的光電流。

圖3為不同ir摻雜量的ti/sno2電極光電催化降解甲基橙溶液的紫外吸收光譜，其中，（a）中ir摻雜量為0mol%，（b）中ir摻雜量為6.25mol%，（c）中ir摻雜量為12.5mol%,（d）中ir摻雜量為25mol%。甲基橙在266nm、462nm兩個位置存在特征吸收峰，266nm處的吸收峰是由苯環(huán)共軛體系產(chǎn)生的吸收峰，462nm處的吸收峰是由甲基橙的—n==n—偶氮顯色基團(tuán)產(chǎn)生的吸收峰。由圖3可看出，不同ir摻雜的ti/sno2電極在降解處理不同時間后，吸光度均隨降解時間的增加而減小，在降解150min后，ir摻雜量為6.25mol%及12mol%的電極的吸光度最小，即降解效果最好。

圖4為不同ir摻雜量的ti/sno2電極光電催化降解甲基橙溶液150min后的總有機碳（toc）剩余量。由圖4可見，在催化進(jìn)行60min后，toc的去除率就能達(dá)到44%左右，這主要是因為剛開始甲基橙的濃度較大，其在溶液中能較快擴(kuò)散的電極表面與光生空穴反應(yīng)，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲基橙濃度減小使得其擴(kuò)散速度減小，進(jìn)而催化降解速度減慢。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。