[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：制备二氧化钛纳米带阵列光电极，制备石墨相氮化碳纳米片胶体溶液，制备氮化碳与氧化石墨烯混合溶液，氮化碳与氧化石墨烯混合溶液作为电解液，二氧化钛纳米带阵列光电极作为阴极，铂片作为阳极，电化学沉积，烘干，即可，本发明经济环保，可重复性好，操作过程易于控制，条件温和，将二氧化钛纳米带阵列和石墨相氮化碳纳米片、氧化石墨烯进行半导体耦合，制得的光电极克服了二氧化钛纳米带阵列和石墨相氮化碳自身的缺点，拓宽了光谱吸收范围，减小了光生电子空穴的复合，是一种具有可见光响应高光催化活性的环境友好型材料，具有比表面积大、稳定性高、光电催化性能好等优点。

技术领域

本发明涉及复合光电极制备技术领域，具体而言涉及一种石墨相氮化碳和石墨烯共修饰的二氧化钛纳米管阵列光电极的制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种传统的n型半导体光催化剂，由于其优越的光学和电子性能，物理化学性质稳定，无毒副作用，价廉易得等优点，在光催化领域得到了广泛的研究和应用，是当前研究最多的光催化剂材料。然而，二氧化钛光催化剂存在以下缺点：光生电子和空穴的复合率较高；由于TiO₂禁带宽度较宽(-3.2eV)，使其只能吸收能量大于其禁带宽度能量的紫外光，导致其太阳光的利用率较低。为改善上述缺点对TiO₂光催化剂进行改性，改性的方法主要有贵金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合和表面光敏化作用，相对于其他修饰方法来说，半导体复合效果要好一些，而且复合方法多样化。

氮化碳具有五种同素异形体，其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是五种氮化碳中最稳定的一种。它环保无毒，价廉易得，属于窄带隙半导体，其带隙宽度约为2.7eV，最大吸收波长在460nm附近，这使得它可以有效的吸收可见光，对太阳光有较高的利用效率。同时，g-C₃N₄还具有良好的热稳定性、电子和光学特性等优点。根据上述一系列优异的特性，g-C₃N₄在可见光下降解有机污染物方面引起极大的关注。然而通过热聚合法得到的石墨相氮化碳具有光生电子和空穴复合快等缺点，光催化效率仍有待提高。将窄带隙半导体石墨相氮化碳与宽带隙二氧化钛复合，不仅能提高可见光吸收范围，促进光生电子空穴的迁移，同时具有较高的氧化还原能力，最终具有优越的光催化氧化还原性能。通过引入地球含量丰富的二维导电还原氧化石墨烯(rGO)作为有效的电子介质，进一步促进光生载流子转移。从理论上讲，rGO不仅可以通过为Z-型电荷重组创造新的电子传递桥，增加两种不同半导体之间的接触面积和致密性，而且可以大大改善表面吸附和反应动力学，从而显著增强光催化活性。

当前的对石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛纳米带阵列光电极的研究比较少，仅有的研究主要集中在石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛纳米管阵列光电极和石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛粉末的制备上，通过热缩聚原位生成Z型石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛纳米带阵列光电极还未见相关报道。石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛纳米管阵列光电极具有循环使用回收方便便宜的优点，但是这种方法制得的石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛阵列光电极也存在几方面缺点，生成的石墨相氮化碳是以量子点的形式沉积在纳米管顶部，对可见光的利用率以及污染物的吸附量低，从而导致光催化效率降低；阳极氧化法与化学气相沉积法沉积到二氧化钛光电极的石墨相氮化碳量非常少，对可见光的吸收以及光生电子和空穴的分离率没有显著提高；石墨烯@石墨相氮化碳/二氧化钛粉末从悬浮液中分离需要花费巨大成本，这严重阻碍该工艺在污染物处理中的实际应用。

发明内容