[发明专利]一种增强TiO2电极电化学性能的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电化学电极材料领域，特别是涉及一种增强TiO₂电极电化学性能的处理方法。

背景技术

TiO₂因具有低成本、半导体性质和化学性质稳定等优势引起很多研究者的兴趣，并广泛应用于太阳能电池、光催化、传感器、生物医学等领域。近年来，能源匮乏的问题日益突出，解决能源危机时不可待。因此，寻找廉价的储能材料和清洁能源成为研究的热点。但TiO₂在储能器件和光催化制氢领域的应用受限，这主要归结于其较宽的带隙和较差的电导率。因此，降低带隙宽度和提高电导率有望使TiO₂电极的性能得到很大提升，一定程度上缓解能源匮乏危机。

目前，在能带结构调制方面，一般通过引入金属（J Mater Chem2011,21,9079-9087.）、非金属（Chem Rev2007,107,2891-2959.）及氧空位（Nano Lett2012,12,1690-1696.）等方法对TiO₂纳米晶进行掺杂，实现电化学性能的提高。但是目前的这些掺杂方法成本昂贵、操作时间长且繁琐，最重要的是掺杂效果不稳定，影响性能的稳定提升。例如，Chen等将TiO₂颗粒在200°C的H₂氛围中退火5天，有效的改善TiO₂能隙从而提高TiO₂颗粒对可见光的响应，增加TiO₂颗粒光催化活性（Science2011,331(6018),746-750.），但这种方法的处理时间较长。又如，Lu等在TiO₂纳米管高温退火时通入H₂，通过引入掺杂和缺陷提高TiO₂电极的电容性能（Nano Lett2012,12,1690-1696.），但此方法需要高温，且TiO₂的电化学性能提高有限，同时H₂退火的电极较脆，易断裂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增强TiO₂电极电化学性能的处理方法，用于解决现有技术中掺杂的方法成本昂贵、操作繁琐、操作时间长且掺杂效果不稳定的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增强TiO₂电极电化学性能的处理方法，所述增强TiO₂电极电化学性能的处理方法至少包括步骤：

对制备的TiO₂电极进行气体等离子体处理，引入掺杂元素或氧空位，从而实现有效掺杂。

其中，所述TiO₂电极为一维结构。

优选地，采用电化学方法、水热法、模板法、溶胶凝胶法、微乳液法及气相沉积法中的任意一种方法来制备所述TiO₂电极。

优选地，所述电化学方法包括恒压/恒流阳极氧化法和脉冲氧化法。

优选地，所述一维纳米结构为纳米管或纳米线结构。

优选地，进行等离子体处理前，还包括对所述TiO₂电极进行退火处理的步骤。

优选地，进行退火处理的温度范围为400～800℃，退火处理的时间范围为1～20h。

优选地，等离子体处理采用的气体包括H₂、N₂、CH₄及NH₃中的一种或多种，气体的流量为20～500sccm。

优选地，等离子体处理时，体系气压为20～200Pa，处理温度为25～650℃，射频电源的功率为10～200mW/cm²，反应时间为1～180min。

如上所述，本发明的增强TiO₂电极电化学性能的处理方法，具有以下有益效果：通过采用高活性气体等离子体对制备的一维结构的TiO₂电极进行处理，可以在较低温度和较短时间内实现有效和可控的掺杂。经过本发明提供的处理方法处理后，由于等离子体的轰击作用，可以进一步增加TiO₂电极中一维纳米结构表面粗糙度，提高一维纳米结构的比表面积；并且掺杂元素或氧空位的引入降低了材料的能隙，提高材料电导率，从而可有效增强材料的电化学性能和光电性能，为TiO₂纳米材料在超级电容、锂离子电池、太阳能电池以及光电催化材料等领域的性能提升提供了有效途径。

附图说明