[发明专利]一种光电催化制备双氧水的半导体阳极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种光电催化制备双氧水的半导体阳极材料及其制备方法，在FTO导电玻璃上成长TiO₂纳米棒，并在其基础上负载Co₃O₄纳米颗粒，最终得到Co₃O₄/TiO₂复合光电阳极材料，进行制备时包括制备TiO₂纳米棒前驱体溶液，通过水热方法制备FTO导电玻璃上生长的TiO₂纳米棒，以及通过滴涂的方法得到Co₃O₄/TiO₂复合光电阳极材料三个步骤。本发明提出了一种新颖的光电催化制备双氧水的Co₃O₄/TiO₂复合光电阳极材料制备方法，通过Co₃O₄纳米颗粒的助催化作用，可以有效提高材料从水氧化成双氧水的选择性及活性。

技术领域

本发明涉及用于光电化学池的半导体电极领域，具体的说，是涉及一种光电催化制备双氧水的半导体阳极材料的制备方法。

背景技术

将太阳能直接转化为可储存的化学能，已成为保证能源稳定供应的关键技术(T.A.Faunce,W.Lubitz,A.W.Rutherford,D.R.MacFarlane,G.F.Moore,P.D.Yang,D.G.Nocera,T.A.Moore,D.H.Gregory,S.Fukuzumi,K.B.Yoon,F.A.Armstrong,M.R.Wasielewski and S.Styring,Energy Environ.Sci.,2013,6,695-698)。过氧化氢(H₂O₂)是一种常温常压下的液体，因此在不使用高压水罐的情况下，其单位体积的能量密度很高。另外，除了作为有机转化过程中绿色清洁的多用途氧化剂、净化剂和漂白剂等，当用作H₂O₂燃料电池时，H₂O₂可以同时作为负极氧化剂和阳极还原剂，提供1.09V的理论输出电压(R.S.Disselkamp,EnergyFuels,2008,22,2771-2774；S.I.Yamazaki,Z.Siroma,H.Senoh,T.Loroi,N.Fujiwara and K.Yasuda,J.Power Sources,2008,178,20-25)。同时，经过能量释放后，其产物仅仅是水和氧气。目前，工业上和实验室常用蒽醌法和氢氧直接合成法制备H₂O₂(J.M.Campos-Martin,G.Blanco-Brieva and J.L.Fierro,Angew.Chem.Int.Ed.,2006,45,6962-6984；J.K.Edwards and G.J.Hutchings,Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,9192-9198)。

不同于这两种方法，光电催化水氧化法制备H₂O₂，是一个更加经济易得的制备手段。这一反应过程仅仅是用水作为反应物，通过光照和外加电场的直接作用，就可以将水直接氧化成H₂O₂。其反应方程式如下：

2H₂O→H₂O₂+2H⁺+2e^-：E(H₂O₂/H₂O)＝+1.77V vs.RHE