[发明专利]还原氧化石墨烯负载二氧化钛薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种还原氧化石墨烯负载二氧化钛薄膜的制备方法及应用，方法步骤中包含：将盐酸、去离子水和钛酸丁酯混合均匀，得到混合液；高压釜底部放置FTO玻璃，作为反应容器；将装有混合液的反应容器置于烘箱中，混合液反应后得到生成物，将生成物清洗干净、并烘干，得到二氧化钛薄膜；以二氧化钛薄膜为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，采用三电极法在0.5g/L的氧化石墨烯磷酸溶液中进行电沉积，得到样品，将样品清洗干净、并烘干，得到rGO‑TiO₂薄膜。本发明可以调控二氧化钛薄膜表面还原氧化石墨烯的负载量，进而调节复合薄膜晶体结构、表面形貌、光电转换及其电催化性能。

技术领域

本发明涉及一种还原氧化石墨烯负载二氧化钛薄膜的制备方法及应用。

背景技术

现代社会对能源的依赖程度日益提高，能源对人类社会发展起着至关重要的作用。然而，传统的不可再生的化石能源（如：煤、石油和天然气等）在地球的储量有限，而且在使用过程中会排放出大量有毒有害气体和颗粒物，严重破坏人类和其它生物生存和生活的环境，空气污染、水污染、土壤污染等正严重影响到人们的健康，受到了全球的广泛关注。能源和环境问题是全球各个国家所面临的两大课题，因此，合理开发和利用无污染的可再生能源，改善能源的供给结构，减少温室气体和有毒有害气体排放，保护人类赖以生存的地球，已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分；另一方面，传统的环境治理方法存在诸如对污染物降解不彻底、耗能高、投入大以及容易引起对环境的二次污染等不足，寻找降解效率高、能耗低、不产生二次污染的污染物降解方法成为当今学术界的研究热点，宽禁带半导体因其较好的光催化降解污染污染物的能力受到科研工作者的广泛关注。

二氧化钛（TiO₂）作为一种重要的宽禁带半导体材料，因其储量丰富、制备成本相对较低、无毒以及独特的光电特性，使得TiO₂在气敏传感器、光电探测、光电转换、燃料电池、太阳能电池、污水处理及空气净化等诸多领域具有广泛的应用前景，受到了大家的极大关注。然而，未掺杂的TiO₂材料仅能吸收太阳光谱中少量的紫外光线，而太阳光的能量绝大部分集中在可见光和红外部分，另外，该材料的光生电子空穴对容易复合，光生电子-空穴复合率高，使得该材料的光量子产率较低，不利于对太阳光利用，禁带宽度较宽和光量子效率较低限制了二氧化钛的在光电领域的推广和应用。因此，如何构筑TiO₂基复合材料，使其禁带延伸到可见光区域，同时降低光生电子-空穴对复合率成为科研工作者重点关注的问题。电催化全解水被认为是一种具有重要应用前景的能源转换和存储技术，它把电能转换成化学能，并以氢能的形式存储起来，然而，电催化裂解水反应高度依赖电催化剂在析氢反应和析氧反应中的活性，因此，提高电催化析氢的效率成为广大科研工作者努力的方向。研究表明，二氧化钛是一种潜在的电催化剂，然而纯的二氧化钛内在导电性能较差，限制了其整体的电催化性能，电催化效率不高。研究结果显示，通过元素掺杂或者与一些二维材料复合可以有效调控二氧化钛的电子结构，提高其电导率、降低吸附自由能，以提高催化剂的催化效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种还原氧化石墨烯负载二氧化钛薄膜的制备方法，它可以调控二氧化钛薄膜表面还原氧化石墨烯的负载量，进而调节复合薄膜晶体结构、表面形貌、光电转换及其电催化性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种还原氧化石墨烯负载二氧化钛薄膜的制备方法，方法步骤中包含：

将盐酸、去离子水和钛酸丁酯混合均匀，得到混合液；高压釜底部放置FTO玻璃，作为反应容器；

将装有混合液的反应容器置于烘箱中，混合液反应后得到生成物，将生成物清洗干净、并烘干，得到二氧化钛薄膜；

以二氧化钛薄膜为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl为参比电极，采用三电极法在0.5g/L的氧化石墨烯磷酸溶液中进行电沉积，得到样品，将样品清洗干净、并烘干，得到rGO-TiO₂薄膜。

进一步，混合液中，盐酸、去离子水和钛酸丁酯的体积比为30：30：1。