[发明专利]一种三氧化铟改性二氧化钛纳米管阵列电极的制备方法

说明书

一种三氧化铟改性二氧化钛纳米管阵列电极的制备方法，属于光电化学领域。本发明将氟化铵溶解于乙二醇‑水的混合溶液中，制备成电解质溶液；以表面刻蚀后的钛片为阳极，铂片为阴极，采用恒电压阳极氧化方法在钛片表面氧化制备TiO₂NTs阵列；在清洗并干燥后，放置于马弗炉中高温煅烧制成TiO₂NTs阵列电极。配制硝酸铟溶液，以铂片为阳极，TiO₂‑NTs/Ti为阴极，采用恒电流沉积的方式在TiO₂‑NTs/Ti表面沉积In；将沉积后的电极清洗并干燥后，放置于马弗炉中高温煅烧制成In₂O₃改性的TiO₂NTs阵列电极。改性后的电极提高了TiO₂对可见光的吸收能力，实现了在可见光下的光电催化氧化能力。

技术领域

本发明属于光电催化领域，特别涉及一种基于阳极氧化-电化学沉积技术的制备三氧化铟(In₂O₃)改性二氧化钛纳米管(TiO₂-NTs)阵列电极的方法，该电极可用于环境水体中苯酚和有机染料的光电催化降解。

背景技术

光电催化是一种将电化学和光化学相结合的技术，在光催化过程中由于光生电子和空穴的复合降低了光催化效果，通过外加偏压构建光电催化体系，促使光生电子和空穴向相反的方向移动，可以有效降低光生电子和空穴的复合，提高光催化性能。TiO₂是一种常用的光催化材料，具有无毒、催化活性高、稳定性好、反应条件温和、不产生二次污染等特点。但是，由于TiO₂的禁带宽度较答(3.0～3.2eV)，使其对可见光几乎无响应，仅在紫外光下有催化作用，大大限制了其在自然条件下的应用。为此，通过对TiO₂进行改性，减小禁带宽度，可以增加其对可见光的吸收和响应能力。

目前，对TiO₂进行改性的方法主要有金属离子掺杂改性、非金属离子掺杂改性、有机物修饰改性性、金属沉积改和复合半导体改性等。金属离子(如Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Mo⁶⁺等)的掺杂，可以改变TiO₂晶格的结晶度，抑制光生电子和空穴的复合，延长载流子的寿命，提高光催化性能。N^3-、F^-、B^3-等非金属离子掺杂，是利用非金属离子替换TiO₂中的氧原子，或者使二者并存，使得改性后的TiO₂的带隙变窄，表面更容易产生高活性电子和空穴，提高光催化活性。有机物修饰改性TiO₂的方法主要有有机染料敏化和导电聚合物修饰改性两种。染料的共轭结构，使其对可见光有较好的吸收能力，并且大多数染料的最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分子轨道(LUMO)与TiO₂相匹配，有利于电子和空穴的分离，导电聚合物修饰改性TiO₂可以降低电子激发所需的能量，拓展TiO₂光谱响应范围，并可以抑制光生电子和空穴的复合。Au、Ag、Pt、Pd等零价态金属沉积于TiO₂表面，可以使复合材料的载流子重新分布，电子从费米能级较高的TiO₂转移到费米能级较低的金属，形成肖特基势垒(Schottky barrier)，俘获激发电子，使光生载流子被分离，抑制电子和空穴的复合，提高光催化性能。金属硫化物(如CuS、CdS等)和金属氧化物(如ZnO、CeO₂和SnO₂等)是常用的半导体复合改性材料，通过使用一种或多种带隙较窄的半导体材料对TiO₂进行修饰改性，可以提高整个催化系统的电荷分离效果，减小TiO₂的带隙宽度，扩展其光谱范围。