本發(fā)明屬于光電催化材料，具體涉及一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，化石燃料產(chǎn)生的環(huán)境污染、能源短缺、生態(tài)破壞也愈發(fā)地嚴(yán)重。因此尋找和利用新的環(huán)境友好型的可再生的能源與燃料物質(zhì)成為當(dāng)務(wù)之急。氫氣作為一種環(huán)境友好的綠色新能源己被廣泛重視。

2、電催化(ec)制氫是利用外加偏壓電解水實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氫的技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度較高、生產(chǎn)技術(shù)安全可靠、可自動(dòng)化控制等技術(shù)。光催化(pc)制氫技術(shù)是利用太陽(yáng)能在光敏感催化劑的條件下來(lái)制備氫氣，其運(yùn)行成本較低，是一種可再生的制氫方法。而光電催化(pec)制氫通過(guò)同時(shí)施加外加偏壓和光能的方法，可將光催化與電催化制氫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。在光電催化析氫反應(yīng)中，電極材料是影響光電制氫效率的重要因素。目前，純tio2的光電催化制取氫氣中存在的光電轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。

3、開發(fā)研制電極材料使其同時(shí)具有光催化和電催化析氫性能，從而提高產(chǎn)氫效率，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求，對(duì)未來(lái)氫能的開發(fā)和利用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一是為解決現(xiàn)有技術(shù)中純tio2的光電催化制取氫氣中存在的光電轉(zhuǎn)換效率低的不足之處，提供一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，該方法采用雙電極氧化法和電化學(xué)沉積法，將cu2o沉積到tio2納米管陣列上，制備得到以鈦網(wǎng)為基底的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。提高了在光電催化制備新能源材料尤其是制取氫氣的性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、以乙二醇為溶劑，依次加入純水和氟化銨，攪拌均勻制得陽(yáng)極氧化電解液；

4、s2、采用雙電極體系，以80-100目鈦網(wǎng)為陽(yáng)極，紫銅板為陰極，施加恒定電壓進(jìn)行氧化，得到網(wǎng)狀二氧化鈦納米管陣列；

5、s3、在純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為4-10g/200ml，調(diào)節(jié)的ph至8-10，并持續(xù)攪拌5～12h，得到堿性五水硫酸銅電解液；

6、s4、采用三電極體系，將步驟s2制得的網(wǎng)狀二氧化鈦納米管陣列浸入堿性五水硫酸銅電解液中作為工作電極，浸泡5-20min待電極環(huán)境穩(wěn)定，施加0.5-1.5v的工作電壓，根據(jù)電化學(xué)工作站顯示的沉積電荷量，得到負(fù)載量為0.1-0.6c的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。

7、作為網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法進(jìn)一步的改進(jìn)：

8、優(yōu)選的，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為8.75-17.5ml，氟化銨的質(zhì)量為2-4g。

9、優(yōu)選的，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為17.5ml，氟化銨的質(zhì)量為4g。

10、優(yōu)選的，步驟s2中施加10-80v恒定電壓，氧化時(shí)間為0.5-5h。

11、優(yōu)選的，步驟s2中施加60v恒定電壓，氧化時(shí)間為1h。

12、優(yōu)選的，步驟s3中純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為5g/200ml。

13、優(yōu)選的，步驟s4中施加0.5v的工作電壓，得到負(fù)載量為0.3c的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。

14、優(yōu)選的，步驟s4中三電極體系的對(duì)電極為鉑片，參比電極為飽和氯化銀電極。

15、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述任意一項(xiàng)所述的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法制得的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。

16、本發(fā)明的目的之三是提供一種上述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料在光電催化制取氫氣上的應(yīng)用。

17、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

18、1)本發(fā)明提供一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法。先采用縱橫交錯(cuò)的鈦網(wǎng)為基底，通過(guò)雙電極氧化法制備出網(wǎng)狀tio2納米管陣列，具有紫外光吸收性能，然后再以此為基底，采用電化學(xué)沉積法將p型半導(dǎo)體cu2o負(fù)載到寬帶隙的n型半導(dǎo)體tio2納米管陣列上，擴(kuò)寬了了tio2在可見(jiàn)光區(qū)域的吸收，促進(jìn)了光生載流子的分離和傳輸，抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，提高了該材料在光電催化制取氫氣時(shí)的光利用率和光電催化效率。在n型半導(dǎo)體tio2納米管陣列上負(fù)載p型半導(dǎo)體cu2o納米粒子構(gòu)建成p-n型異質(zhì)結(jié)，可以拓寬光電極吸收光譜，增強(qiáng)了tio2在可見(jiàn)光區(qū)域的吸收，促進(jìn)了光生載流子的分離和傳輸，抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，增強(qiáng)光生電子和空穴分離轉(zhuǎn)移能力，提高光電催化性能。

19、2)本發(fā)明提供的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料制備原料簡(jiǎn)單易得，無(wú)毒無(wú)害，安全廉價(jià)，制備方法簡(jiǎn)單，為光電催化制取氫氣提供了新的光電催化材料，具有良好的應(yīng)用前景。尤其是在光電催化領(lǐng)域的應(yīng)用，適用于光電催化制氫，屬于化學(xué)材料、新能源、環(huán)境等領(lǐng)域。在用于光電催化制取氫氣時(shí)，相比tio2而言，增加了tio2在可見(jiàn)光范圍的吸收和對(duì)可見(jiàn)光的利用率，更加有利于光生電子和空穴對(duì)的分離，極大地提升了tio2在光電催化制取氫氣的效率，最高效率可達(dá)91％。

技術(shù)特征：

1.一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為8.75-17.5ml，氟化銨的質(zhì)量為2-4g。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為17.5ml，氟化銨的質(zhì)量為4g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中施加10-80v恒定電壓，氧化時(shí)間為0.5-5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中施加60v恒定電壓，氧化時(shí)間為1h。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為5g/200ml。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中施加0.5v的工作電壓，得到負(fù)載量為0.3c的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中三電極體系的對(duì)電極為鉑片，參比電極為飽和氯化銀電極。

9.一種權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料的制備方法制得的網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。

10.一種權(quán)利要求9所述一種網(wǎng)狀cu2o/tio2復(fù)合p-n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料在光電催化制取氫氣上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種網(wǎng)狀Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合p?n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法如下：先采用縱橫交錯(cuò)的鈦網(wǎng)為基底，通過(guò)雙電極氧化法制備出網(wǎng)狀TiO<subgt;2</subgt;納米管陣列，再采用電化學(xué)沉積法將p型半導(dǎo)體Cu<subgt;2</subgt;O負(fù)載到寬帶隙的n型半導(dǎo)體TiO<subgt;2</subgt;納米管陣列上，制備出網(wǎng)狀Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合p?n型異質(zhì)結(jié)光電催化材料。相比TiO<subgt;2</subgt;材料而言，該材料作為光電催化材料制取氫氣時(shí)，擴(kuò)寬了TiO<subgt;2</subgt;的光吸收帶邊，提高了TiO<subgt;2</subgt;的光能利用率，極大地提升了TiO<subgt;2</subgt;在光電催化制取氫氣方面的性能，適用于光電催化制氫，屬于化學(xué)材料、新能源、環(huán)境等領(lǐng)域。解決了純TiO<subgt;2</subgt;光電催化制取氫氣存在的轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：龍麗珍,田月,劉軍,王赫銘,梁妮娜,盧冬梅,張進(jìn)前
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6