[发明专利]一种复合光电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合光电极的制备方法，由石墨相氮化碳和石墨烯负载在二氧化钛纳米管阵列光电极表面制成，其制备方法包括：(1)二氧化钛纳米管阵列光电极的制备；(2)掺杂石墨相氮化碳的二氧化钛纳米管阵列光电极的制备；(3)掺杂石墨相氮化碳和石墨烯二氧化钛纳米管阵列光电极的制备。本发明采用的石墨相氮化碳半导体带带隙较窄，能够吸收可见光，而且TiO₂和石墨相氮化碳二者能级的位置相匹配，光照时两者能够形成异质结，同时也使光生载流子得到有效分离，是拓宽后者光吸收范围和促进电荷分离的有效方法，而石墨烯具有较高的比表面积、快速的电子传导能力，负载能够大幅度的提高光电极的光电转换能力。

技术领域

本发明涉及复合光电极技术领域，特别是涉及一种复合光电极的制备方法。

背景技术

光催化技术利用半导体材料在光辐照条件下受激活化的特性，可以用来催化分解水产氢，还原CO2制碳氢燃料，降解水和空气中的各种污染物等，具有条件温和、节能高效等优点，因而成为解决当前环境污染和能源危机的有效途径之一，具有重要的现实意义，而其中TiO₂以其优异的物理和化学稳定性能、无任何毒害作用、廉价易得和良好的光催化性能，在半导体催化领域占有着重要的地位。

然而TiO₂光催化剂也存在着两点主要的缺陷：一是二氧化钛的禁带宽度较宽(3.2eV)，对可见光无响应，只有吸收了能量大于禁带宽度的紫外光才能激发产生光生空穴和电子对污染物进行氧化还原反应，然而太阳光中紫外光占比不足5％，这就导致二氧化钛对太阳能的利用率极低；二是二氧化钛吸收光子能量激发产生的光生空穴和电子复合率较高，这就严重限制了二氧化钛的光催化活性。因此，拓宽TiO₂的光响应范围以及促进光生空穴和电子的分离以提高材料可见光利用率和量子效率是TiO₂光催化领域研究难点亟需广大科研人员。

为了克服以上缺陷，人们进行了大量的研究，但是这些技术要么是操作复杂，价格昂贵成本较高，要么就是制备的光电极稳定性差，光催化活性低，不符合环境发展和市场技术需求。因此，制备一种廉价，稳定性好，光催化活性高，绿色无污染，光电转换效率高，并且具有可见光光催化活性的电极，就显得尤为重要。

鉴于此，申请人通过采用禁带宽度较低的具有可见光响应半导体g-C₃N₄与TiO₂进行复合，并在半导体复合的基础上采用石墨烯进行修饰，从而提高材料对可见光相应范围，提高光电极的光电转换能力，提高TiO₂光催化性能，进而解决了现有技术中的制备的光电极稳定性差，光催化活性低，不符合环境发展和市场技术要求的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种复合光电极的制备方法，具有制备条件温和，简便可靠的优点。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种复合光电极，该二氧化钛复合光电极由石墨相氮化碳和石墨烯负载在二氧化钛纳米管阵列光电极表面制成，且二氧化钛复合光电极的最外层为石墨烯。

优选的是，所述石墨烯氮化碳通过涂覆方式负载在二氧化钛复合光电极上，所述石墨烯通过电化学沉积的方式负载在二氧化钛复合光电极上。

优选的是，所述石墨相氮化碳选用具有可见光特性的石墨烯相氮化碳，所述石墨烯选用具有电子转移能力的石墨烯。

优选的是，本发明提供上述复合光电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)二氧化钛纳米管阵列光电极的制备：将钛片作为阳极，将铂片作为阴极，选用NaF和Na₂SO₄混合溶液作为电解质，置于15-30℃的水浴锅中，并在氧化电压为15-25V条件下，氧化1-4h后，用去离子水进行冲洗，并用鼓风干燥机进行干燥，得到二氧化钛纳米管阵列光电极；