[发明专利]一种脉冲电位模式提高CuO光电催化CO2

说明书

本发明涉及光电催化领域，尤其涉及一种脉冲电位模式提高CuO光电催化CO₂转化效率的方法。所述方法包括以下步骤：阳极氧化：以经过预处理的钛片作为阳极，对其进行恒电位阳极氧化，得到预基体，对预基体进行退火处理得到基体；电沉积：将基体置于含铜电解液中浸渍，通过脉冲电沉积的方式在基体表面电沉积铜，再通过热处理得到CuO/TNTs复合电极；脉冲电位模式还原：以所得CuO/TNTs复合电极作为工作电极，铂电极作为对电极，将其浸于电解液中并不断导入CO₂，以氙灯为光源，通过设置不同电位进行脉冲电位模式还原CO₂。本发明大幅度提高了电沉积精度，对制造设备要求低，具有成本低、效率高、易实现等优点，能够良好地实现量产。

技术领域

本发明涉及光电催化领域，尤其涉及一种脉冲电位模式提高CuO光电催化CO₂转化效率的方法。

背景技术

CuO薄膜是一种经典的半导体，其禁带宽度为1.6eV左右，其中导带电位为-0.8ev，它能在光照下有效的将水溶液中CO₂还原为有机物，被广泛应用于光电催化领域。然而由于其导带电位覆盖了自身还原电位，导致其在光电催化还原CO₂时自身也会被还原，这极大的限制了其应用。国内外学者通常将CuO与其他半导体结合，在其上覆盖n型半导体制备复合电极用于光电催化。一方面制备的p-n结使得电子单向传输从而提高了其光电催化效率；另一方面覆盖的半导体化学性质更稳定，能在一定程度上延长整体寿命。然而在CuO表面均匀覆盖n型半导体需要昂贵的设备且工艺复杂，同时制备的复合半导体电极依然存在明显性能衰减现象。

为了克服以上不足，采用纯Ti板为基底，以阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列(TNTs)，通过电沉积法将CuO与TNTs复合制备CuO/TNTs复合电极，采用合适催化模式以提高CuO CO₂转化效率。目前以CuO为主催化剂还原CO₂方式有光催化，电催化及光电催化。其中光催化应用最广，光催化中催化剂多以粉末形式存在，这使得CuO能与更多半导体复合，但这无法解决CuO稳定性问题；电催化则往往需要施加较负电位，在此电位下CuO会被还原变为纯Cu，失去了CuO的半导体特性；而脉冲电位光电催化则能有效结合光与电，不同于传统光电催化会将CuO逐步还原，脉冲电位模式光电催化能通过间断性正电位将其氧化，从而使其具有长久使用寿命，提高CO₂转换效率，但脉冲电位光电催化模式无法将使用后的 CuO/TNTs完全还原为原组成，需要进一步优化。

中国专利局于2019年1月25日公开了一种TiO₂-CuO/g-C₃N₄复合纳米材料的合成方法及在CO₂光催化还原中的应用的发明专利申请，申请公告号为CN 109261189A。该发明采用溶胶-凝胶法在不同分散介质中合成TiO₂-CuO/g-C₃N₄复合材料，该材料由于表面不规整导致其活性面较多，其光催化生产甲醇产量达0.702mg/g-cat/min，但发明人并没有给出产量随时间的变化曲线，无法说明其稳定性。

此外，中国专利局于2016年1月27日授权了一种AgBr/CuO可见光光催化材料的再生方法及其应用的发明专利，授权公告号为CN104190446B。该发明以CuO为原料通过沉积法制备了高活性AgBr/CuO复合催化剂，其具有优秀的可见光催化性能，但长时间使用后Ag⁺会被还原为Ag导致其失效，于是发明人采用3％溴水对其进行再生。该技术方案随虽可再生催化剂，但再生过程复杂且无法使再生与催化同时进行，难以大规模应用。

发明内容