电催化和光催化复合电极材料及其制备方法(技术实现步骤摘要)

本发明专利技术涉及一种大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极及其制备方法。电极内层为钛基体，表层为SnO2和TiO2纳米管(TiO2NTs)的复合层。在钛基TiO2NTs阵列表面，采用嵌段共聚物软模板法组装Sb掺杂的SnO2，制备出表面网状大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管（Mp-SnO2/TiO2NTs）复合电极。本发明专利技术制备的复合电极，SnO2负载量大，粒径小，孔径分布均匀，SnO2薄膜透光能力强，SnO2薄膜与钛基TiO2NTs骨架紧密结合，并且电极表面光滑平整，不仅具有光吸收范围宽、光电流响应强、电催化性能优良和光电协同催化效率高、化学性质稳定等特点。此外，制备工艺简单，生产成本低。可有效用于染料废水和难生化氧化有机废水的降解处理。广泛的经济效益和社会效益。此外，制备工艺简单，生产成本低。可有效用于染料废水和难生化氧化有机废水的降解处理。广泛的经济效益和社会效益。此外，制备工艺简单，生产成本低。可有效用于染料废水和难生化氧化有机废水的降解处理。广泛的经济效益和社会效益。

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【技术实现步骤总结】

该专利技术涉及材料化学、环境化学和光电催化

尤其涉及一种具有光电集成催化功能的大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极材料及其制备方法。

技术介绍

电催化和光催化是两种不同的高级氧化技术，越来越多的环境科学家将其应用于有机废水的降解处理。光催化和电催化都具有不同的催化特性和不同形式的能量转换。如果这两种高级氧化技术能够在同一电极表面同时实现，有望实现两种催化反应的协同作用，有利于提高电极的光电催化氧化能力和降解效率。因此，这项技术的重点也是一个难点，需要寻找或构建同时具有优异电催化和光催化性能的催化电极材料。二氧化钛是一种优良的光催化剂，其中直立有序的钛基二氧化钛纳米管（TiO2NTs）比其他结构的TiO2效率更高，并且可以很容易地通过电化学阳极氧化法制备。这种高度有序的TiO2NTs阵列具有较大的比表面积和较高的表面能，因此具有较高的光催化效率。但 TiO2 电导率低，电催化能力差，因此 TiO2NTs 适合作为高效光催化剂，但不适合作为电催化剂。从电化学氧化的角度来看，尺寸稳定的阳极（DSA）由于其析氯潜力低而在氯碱工业中得到广泛应用。但由于DSA的析氧潜力低，不能广泛应用于污染物的处理。

二氧化锡是一种半导体材料，禁带宽度为3. 88eV。虽然它是一种很好的电催化剂，但它的光催化效率很低，而且对紫外光有截止作用。我们认为TiO2NTs的结构可以得到充分利用，可以作为理想的“容器”或“载体”，从微观结构组装锑掺杂二氧化锡电催化剂，进而构建具有新型结构的光电催化剂材料。通过溶胶-凝胶浸渍或旋涂等方法，锑掺杂二氧化锡可以很容易地组装到TiO2NTs的内部和表面，并且可以很容易地制备SnO2/TiO2-NTs催化剂。但是，为了提高其电催化性能，必须在 SnO2 中掺入少量的锑，但 Sb 的掺杂会影响 TiO2NTs 的光吸收。因此，我们着手将 2D 大孔 SnO2 组装到 1D TiO2NTs 上，以构建一种新型结构化光电催化剂材料。嵌段共聚物自组装成有序液晶（LC）结构作为软模板，然后将Sb掺杂的SnO2组装到TiO2NTs上。通过煅烧去除软模板后，制备了二维有序大孔SnO2。催化剂的制备是一步组装过程，简单省时。得到的这种结构的复合电极材料具有以下优点。首先，这种大孔SnO2薄膜有利于光的通过和TiO2NTs对紫外光的吸收；其次，根据能带理论，SnOJP 1102是反相掺杂，这种组合适用于光生电子和空穴的分离，提高了光电转换效率；最后，该制备方法赋予了SnO2粒径小、排列有序、负载量大的特点，将大大提高催化剂的电催化性能。这种电极材料的研发不仅具有重要的理论意义，而且满足了实际应用的需要。

技术实现思路

本专利技术的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种降低电化学阻抗、提高光电转换效率和光电催化氧化降解效率的大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极材料。制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极，其特征在于复合电极的内层为钛基体，表层为复合材料SnO2 和 TiO2NTs 层，层中的 SnO2 与钛基 TiO2NTs 骨架紧密结合，SnO2 薄膜透明大孔，复合电极表面光滑平整，光吸收波长范围拓宽至425nm，禁带宽度2.93eV。钛基板的厚度为0.10.5mm，SnO2与TiO2NTs复合层的厚度为500-800nm，SnO2的粒径为10-20nm。一种大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极的制备方法，其特征在于，该方法通过钛片阳极氧化制备钛基TiO2NTs阵列，然后采用嵌段共聚物软模板法负载锑(Sb)Sn2+溶胶，最后通过热处理得到大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极。该方法具体包括以下步骤(1)，厚度为0.10。5mm纯金属钛片用砂纸打磨抛光后清洗干净，得到含0.51wt%NH4F、1.01.5wt%Na SO4、5 15wt% PEG400的水溶液作为电解液。溶液中以钛片为工作电极，钼片为对电极二氧化钛光催化试验紫外灯高度为多少，电化学阳极氧化1 3 h，在钛基表面得到有序的TiO2NTs阵列电极。电极在管式炉中进行程序升温热处理，程序温度为15℃.mirT1，热处理温度为400-550℃二氧化钛光催化试验紫外灯高度为多少，热处理时间为3.5h，得到有序二氧化钛；（2)将高分子嵌段共聚物溶于水，

本专利技术具有以下优点（一）本专利技术采用金属钛片上直立有序的TiO2NTs阵列为载体材料。这种纳米管阵列高度有序，使用方便，可以提供较大的比表面积和负载量，以及优异的光催化性能。其多孔管状结构对电催化剂具有良好的分散性能和模板效应，更有利于催化剂的牢固结合和负载。同时，原位生长的垂直TiO2NTs阵列的制备工艺更简单、更经济，其板状结构可直接用作电催化剂载体材料，无需在其他载体上进行包覆；(2)

此外，系统的光电化学实验证明，该复合电极克服了Sb掺杂SnO2薄膜对紫外光的弱化和干扰，保持了TiO2NTs良好的光催化性能，克服了SnO2和TiO2NTs分别作为电催化剂和光催化剂的低效率。、分散的缺点，表现出高效的协同作用，具体体现在电化学阻抗的降低、光电转换效率的提高和光电催化氧化降解效率的提高；(3)引入物理化学性能稳定的电催化剂SnO2不仅有效保护光催化剂Ti

【技术保护点】

本发明的大孔二氧化锡-二氧化钛纳米管复合电极，其特征在于复合电极的内层为钛基体，表层为SnO2和TiO2NTs的复合层。具有大孔形状，复合电极表面光滑平整，光吸收波长范围拓宽至425nm，禁带宽度2.93eV。

【技术特点总结】

【专利技术性质】

技术研发人员：赵国华、柴寿宁、李培强、张亚南、

申请人（专利权）持有人：同济大学，

类型：发明

国家省市：

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