[发明专利]一种导电碳毡负载介孔(TiO2-Pt)复合光电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光催化材料领域，具体涉及导电碳毡负载介孔(TiO₂-Pt)复合光电极材料 及其制备工艺。

技术背景

二氧化钛(TiO₂)半导体光催化材料，以其丰富来源、无毒、光催化活性高、性能稳定 等独特的优势在污水和空气净化、除菌等领域得到广泛的应用。其中锐钛矿相TiO₂由于其禁 带宽度为3.2eV,在紫外光的激发下，能发生光电响应，其中价带电子会跃迁到导带,导致光 生电子与空穴分离，激活的空穴具有强的氧化能力，能够矿化吸附在TiO₂表面的有机物。但 是，TiO₂还存在着许多方面的局限性，限制其充分的利用，诸如载流子复合率高、量子效率 低、光吸收波长范围窄、太阳光利用率低等方面。因此，降低电子-空穴对的复合率，加快电 子迁移速率，扩展TiO₂光谱吸收范围,成为其研究的重点方向。

光电催化氧化是在光催化过程中，给予光电极材料上一定的偏电压，从而阻止电子-空穴 对的简单复合，提高催化效率。大量的研究是将TiO₂负载到基体材料上制备成光阳极，例如 导电玻璃、泡沫镍、不锈钢网等。导电碳毡由于其具有优良的吸附、导电、耐高温等特性， 并且构成导电碳毡的碳纤维直径小于10μm，三维的立体网络结构大大的提高比表面积，增大 催化反应的接触面积加快反应进程。

金属离子掺杂是将金属离子引入到半导体晶格内部，导致晶格缺陷或改变结晶度,缺陷 位置将成为电子或空穴的陷阱，捕获光生电子或空穴，阻止光生电子-空穴对的复合，延长其 寿命。其中大量金属离子掺杂已被研究，例如Ag、Au、Ni和V等。而Pt掺杂TiO₂是一类 具有良好应用前景的光催化剂，因为Pt表面的过电位较小，电子在Pt表面富集,减少了TiO₂表面电子的浓度,从而减少电子-空穴在TiO₂表面的复合率,相应地提高了空穴数目,增强了 催化剂的光催化性能。由此可见，Pt的掺杂对TiO₂的光催化活性的改善有很大促进作用。

发明内容

本发明提供一种光催化活性高、加工工艺简单、易于实现工业化的导电碳毡负载介孔 (TiO₂-Pt)光电极复合材料及其制备工艺。

本发明所采取的技术方案包括如下步骤：

本发明的导电碳毡负载介孔(TiO₂-Pt)光电极复合材料的制备方法包括：采用表面活性剂 十六烷基三甲基溴化铵为造孔模板剂，四氯化钛(TiCl₄)为钛源，氯铂酸(H₂PtCl₆·6H₂O) 为铂源，通过水热合成法制得液晶-Pt-TiO₂前驱体乳液，在超声波辅助下采用浸渍提拉法负载 至导电碳毡上，再经过高温煅烧得到导电碳毡负载介孔(TiO₂-Pt)光电极复合材料。

优选地，在上述制备方法中，所使用的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵与四氯化钛与 氯铂酸的重量比范围是1:0.5～5:0.03～0.1，优选1:0.8～3:0.045～0.1。

优选地，在上述制备方法中，液晶模板为无水乙醇和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 混合体系，将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵溶解到无水乙醇溶剂中，通过自组装技术形 成液晶软模板溶液，其中表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵与无水乙醇的重量比为1:5～15， 优选1:5-10。

优选地，所述超声波辅助使用超声波处理功率10-100W，优选20-50W，更优选约30W、 时间0.5～5小时，优选约1h。

优选地，水热合成条件为升温速率4～8℃/分，优选约5℃/分，95-100℃，优选100℃压 强1-2MPa下反应8～20小时，优选约12小时；反应结束后，自然冷却，达到常温。