[发明专利]一种光电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种光电极的制备方法，包括以下步骤：(1)制备二氧化钛纳米管阵列光电极；(2)将石墨相氮化碳溶液作为电解液，将二氧化钛纳米管阵列光电极作为阴极，铂片作为阳极，在电压下沉积，得到掺杂石墨相氮化碳的二氧化钛纳米管阵列光电极；(3)将石墨烯分散液作为电解液，将掺杂石墨相氮化碳的二氧化钛纳米管阵列光电极作为阴极，铂片作为阳极，在电压下沉积，得到掺杂石墨相氮化碳和石墨烯的二氧化钛纳米管阵列光电极。本发明的二氧化钛纳米管阵列光电极具有稳定性好，光电转换效率高，光催化活性高，绿色无污染的优点。

技术领域

本发明涉及复合光电极技术领域，特别是涉及一种光电极的制备方法。

背景技术

二氧化钛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，开发具有较宽光吸收范围、高催化效率、稳定性好的光催化剂成为目前亟待解决的问题。

为了解决以上问题，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石墨相氮化碳与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

本发明提供了一种光电极的制备方法，其目的在于开发出一种具有稳定性好，光电转换效率高，光催化活性高，绿色无污染的光催化剂。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种光电极的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)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，制得二氧化钛纳米管阵列光电极；

(2)取石墨相氮化碳粉末置于超纯水中超声5-10h，制得石墨相氮化碳溶液，将石墨相氮化碳溶液作为电解液，将步骤(1)制得二氧化钛纳米管阵列光电极作为阴极，铂片作为阳极，在电压为1-10V条件下沉积1-10min，得到掺杂石墨相氮化碳的二氧化钛纳米管阵列光电极；

(3)取氧化石墨置于水中超声剥离1-3h得到氧化石墨烯分散液,将石墨烯分散液作为电解液，将步骤(2)制得的掺杂石墨相氮化碳的二氧化钛纳米管阵列光电极作为阴极，铂片作为阳极，在电压为1-10V条件下沉积1-10min，得到掺杂石墨相氮化碳和石墨烯的二氧化钛纳米管阵列光电极。

作为优选的，所述石墨烯氮化碳和石墨烯分别通过电化学沉积的方式负载在二氧化钛纳米管阵列光电极上。

作为优选的，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。

作为优选的，所述步骤(1)中钛片在使用前依次用600目、1000目和 2000目砂纸进行打磨抛光。