[发明专利]一种穿透式光电催化电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种穿透式光电催化电极及其制备方法，属于无机光电极材料制备领域。所述制备方法包括：a)由纤维织物制得纤维状导电基底；b)采用纳米薄膜制备方法，在步骤a)所得纤维状导电基底上生成半导体层，得负载半导体的光电催化电极前体；c)将步骤b)所得光电催化电极前体进行活化处理，得穿透式光电催化电极。本发明制备的电极光电催化活性高、成本低、易于实现循环周期内稳定运行，可在环境修复和分解水制取清洁能源等领域获得应用。

技术领域

本发明涉及无机光电极材料及其制备工艺技术，具体为一种穿透式光电催化电极及其制备方法。

背景技术

光电催化技术是近年来备受关注的水处理技术之一，美国环境保护局(EPA)已将其列为最有前景的环保高新技术。该技术的基本原理是在光照和外加电场作用下，污染物在半导体电极表面被直接氧化或由生成的强氧化活性物种氧化降解，最终转化为无毒无害的物质。

尽管已有研究开发了一系列以诸如导电玻璃、金属板等为基底的光电催化电极，但这些平板式光电极存在比表面积小、电流效率低等不足。并且，光电催化降解反应中的有机污染物浓度通常处于较低水平，向电极表面传质效率低，限制了传统电极对污染物的处理效能。

针对上述问题，研究人员设想构建一种新型的光电催化反应电极，提高电极表面传质效率，同时提升光电催化降解污染物能力。

发明内容

本发明提供一种穿透式光电催化电极及其制备方法，制得的光电催化电极可有效提高光电催化反应过程中有机物传质效率及反应活性。

本发明提出一种穿透式光电催化电极的制备方法，包括以下步骤：

一种穿透式光电催化电极的制备方法，包括以下步骤：

a)由纤维织物制得纤维状导电基底；

b)采用纳米薄膜制备方法，在步骤a)所得纤维状导电基底上生成半导体层，得负载半导体的光电催化电极前体；

c)将步骤b)所得光电催化电极前体进行活化处理，得穿透式光电催化电极。

进一步地，步骤a)中，纤维织物包括无机纤维织物或合成纤维织物；优选的，无机纤维织物包括碳纤维布。

进一步地，纤维织物的直径在0.1μm～20μm之间。

进一步地，步骤a)中，纤维织物制得纤维状导电基底的方法包括热解碳化法或表面导电涂覆法；其中，表面导电涂覆法包括溶液浸渍法、物理溅射法或化学沉积法；涂覆的材料包括石墨烯、碳纳米管或金属导电材料。

进一步地，步骤b)中，半导体包括含氧化合物的半导体；优选的，含氧化合物包括氧化物；优选的，氧化物包括氧化钛、氧化钨、氧化锌、氧化锡中的一种或两种以上；优选的，氧化物包括氧化钛、氧化钨中的一种或两种；更优选的，氧化物为氧化钛。

进一步地，步骤b)中，半导体还包括硫化物、氮化物中的一种或两种。

进一步地，步骤b)中，纳米薄膜制备方法包括水热法、电化学氧化法、电化学沉积法、化学气相沉积法或浸渍法。

进一步地，步骤c)中，活化处理包括高温晶化法、缺陷调控法、分子修饰法中的一种或其组合；优选的，活化处理为高温晶化法、缺陷调控法中的一种或两种。

进一步地，包括如下步骤：

a)以碳纤维布制备纤维状导电基底；

b)采用水热法在其表面生成半导体层，得到光电催化电极前体，其中，半导体包括氧化钛、氧化钨中的一种或两种；

c)采用高温晶化法或高温晶化法+缺陷调控法对所得光电催化电极前体进行活化处理，得穿透式光电催化电极。