專利名稱：一種制備PbO₂修飾TiO₂納米管電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一種制備1 修飾TiO2納米管電極的方法，特別是涉及一種制備 PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦(TiO2)是一種重要的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體功能材料，具有濕敏、氣敏、介電效應(yīng)、 光電轉(zhuǎn)化及優(yōu)越的光催化性能等特性，在傳感器、介電材料、自清潔材料、太陽(yáng)能電池、光催化降解污染物等高科技領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，已成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的熱點(diǎn)之一。與一般的納米TiO2粉末相比，TiA納米管的特殊結(jié)構(gòu)使其具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，有望表現(xiàn)出更好的光催化性能和更高的光電轉(zhuǎn)化效率。TiO2在光照射下，當(dāng)能量大于或等于TiA帶隙能的光照射TiA時(shí)，TiO2吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，經(jīng)過(guò)禁帶向來(lái)自溶液或氣相且吸附在其表面的物種轉(zhuǎn)移電荷?？昭▕Z取顆粒表面吸附物或溶劑中的電子，與供給電子的物種結(jié)合，使該物種(常為有機(jī)污染物) 被氧化，電子受體(通常是水溶液中的氧)接受表面電子被還原。在使用過(guò)程中的缺點(diǎn)是電子-空穴在表面和內(nèi)部可以發(fā)生簡(jiǎn)單復(fù)合，降低其光催化效率。光電催化氧化技術(shù)是外加一定的陽(yáng)極偏壓，將光激發(fā)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路驅(qū)趕到反向電極上，從而實(shí)現(xiàn)與空穴(載流子)的有效分離，這一電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)明顯地減少了電子-空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合。這一過(guò)程稱為光電協(xié)同催化氧化，即光電催化氧化技術(shù)。在鈦基底上生長(zhǎng)的TiA納米管光催化劑，可以在外加電壓的輔助作用下減少光生電子-空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合，很大程度上提高了 TiA的催化效率。然而，該TiO2納米管電極僅有一面可接受光照，在不增加光源的前提下，它只發(fā)揮了電極一面的催化能力。于是，設(shè)想將一類具有電催化活性的物質(zhì)負(fù)載在該電極背光的一面，在相同的外加電壓下可產(chǎn)生對(duì)有機(jī)物的電催化作用，既可以充分利用能源，又提高了 TiO2納米管電極的總體催化效率。PbO2 是一種性能優(yōu)良的電催化劑，由其制備的電極在水溶液中電解時(shí)具有析氧電位高、氧化能力強(qiáng)、耐蝕性好等特征，目前已應(yīng)用于無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物電解生產(chǎn)、環(huán)境污染控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法。這種方法可以制得致密1 層修飾的TiA納米管電極，用于光電催化氧化有機(jī)物具有良好的降解效
: O本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種制備1 修飾TW2納米管電極的方法，所述制備方法包括以下步驟 (I)Ti基片的預(yù)處理將純鈦片裁成50 mmX60 mm的小片，依次經(jīng)600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃 HNO3, H20按1:4:5的體積比制成化學(xué)拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產(chǎn)生；之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用；(2)TiO2納米管電極的制備采用量程為0-30V的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，陽(yáng)極為鈦片，鉬網(wǎng)作陰極，電解液為0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04調(diào)節(jié)；陽(yáng)極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時(shí)間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進(jìn)行；制得的鈦片樣品經(jīng)蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h；
(3)PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的制備將制得的TW2納米管電極浸沒(méi)在0. 05 mol/L Pb (NO3)2禾口 0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用HNO3調(diào)節(jié)至2，以直流穩(wěn)壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度，分別在不同時(shí)間下將1 沉積在TW2 納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封； 沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極；控制沉積電流密度、沉積時(shí)間可以制得不同厚度和結(jié)構(gòu)1 層的雙功能電極。所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，所述的將TiA納米管電極浸入到PH為2的0.05 mol/L Pb (NO3) 2和0. 001 mol/L NaF的電解質(zhì)溶液中，在外加電壓下， 利用電沉積法將1 沉積在TW2納米管電極的另一面；自然晾干，制得PbO2-TW2納米管/ TiAiO2納米管雙功能電極；重復(fù)上述的步驟，控制沉積電流，沉積時(shí)間，得到不同厚度和結(jié)構(gòu)1 的雙功能電極。所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，所述重復(fù)上述的步驟，在沉積電流密度30 mA/cm2、沉積時(shí)間60分鐘時(shí)，得到的1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極催化能力最佳。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是
本發(fā)明以PH為3的0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液為電解質(zhì)，在2(Γ25 V的電壓下，采用陽(yáng)極氧化法在Ti基片上制備TW2納米管，經(jīng)500°C熱處理后的TW2納米管；將制得的TiO2納米管電極浸沒(méi)在0.05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用 HNO3調(diào)節(jié)至2，以直流穩(wěn)壓電源控制外加在TiO2納米管電極上的電流密度，分別在不同時(shí)間下將1 沉積在TW2納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上PbO2,采用石蠟將不沉積的一面密封。沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極。控制沉積電流密度、沉積時(shí)間可以制得不同厚度和結(jié)構(gòu)1 層的雙功能電極。本發(fā)明在陽(yáng)極氧化法制得的TiA納米管電極的一面沉積上PbA 層，將1 的電催化與TiA納米管的光催化結(jié)合起來(lái)，制備I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極，提高降解有機(jī)物的能力。


圖1為電沉積電流密度10 mA/cm2,
電沉積時(shí)間60 min的雙功能電極的SEM圖
圖2為電沉積電流密度30 mA/cm2, 圖3為電沉積電流密度60 mA/cm2, 圖4為電沉積電流密度30 mA/cm2, 圖5為電沉積電流密度30 mA/cm2,
電沉積時(shí)間60 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時(shí)間60 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時(shí)間20 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時(shí)間180 min的雙功能電極的SEM圖
圖6為不同電極的電催化和光電催化甲基橙的降解率t
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1
將純鈦片裁成50 mmX60 mm的小片，依次經(jīng)600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明
顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃ΗΝ03，Η20按1:4:5的體積比制成化學(xué)拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產(chǎn)生。之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用。采用量程為0-30V的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，陽(yáng)極為鈦片，鉬網(wǎng)作陰極，電解液為0.5 wt%NH4F*0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及&S04調(diào)節(jié)。陽(yáng)極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時(shí)間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進(jìn)行。制得的鈦片樣品經(jīng)蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h。將制得的TiA納米管電極浸沒(méi)在0. 05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的溶液中，PH值用HNO3調(diào)節(jié)至2，以直流穩(wěn)壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度， 分別在不同時(shí)間下將1 沉積在TiO2納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上 1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封。沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干， 制得1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極。控制沉積電流密度、沉積時(shí)間可以制得不同厚度和結(jié)構(gòu)1 層的雙功能電極。制得電極的表面形貌見(jiàn)附圖廣5。采用三電極系統(tǒng)測(cè)試I^bO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的光電催化性能，以0. 1 mol/L的NaNO3溶液為電解質(zhì)，氙燈平行光源為模擬太陽(yáng)光源，RST3000型電化學(xué)工作站為電源，在自制石英反應(yīng)器中，以制備的1 -!! 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極為工作電極，鉬網(wǎng)為對(duì)電極，Ag/AgCl電極為參比電極的三電極系統(tǒng)降解甲基橙(M0)， 濃度為20 mg/L，外加偏壓為800 mV，降解時(shí)間為3 h。不同催化過(guò)程下1 -!! 納米管/ TiAiO2納米管雙功能電極降解甲基橙的效率見(jiàn)附圖6。測(cè)試結(jié)果表明采用光電催化氧化甲基橙效果明顯，沉積電流密度為30 mA/cm2時(shí)， 甲基橙降解效果最佳；隨著沉積時(shí)間增加，甲基橙降解率增加，但是沉積時(shí)間為60分鐘時(shí)， 甲基橙降解效果最佳；相比于未修飾的TiO2納米管電極，PbO2修飾的I^o2-TiA納米管/Ti/ TiO2納米管雙功能電極對(duì)甲基橙的降解率提高了近10 %，降解180分鐘后可達(dá)到91 %。
權(quán)利要求
1.一種制備1 修飾TW2納米管電極的方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟(1)Ti基片的預(yù)處理將純鈦片裁成50mmX60 mm的小片，依次經(jīng)600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃 HNO3, H20按1:4:5的體積比制成化學(xué)拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產(chǎn)生；之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用；(2)TiO2納米管電極的制備采用量程為0-30V的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，陽(yáng)極為鈦片，鉬網(wǎng)作陰極，電解液為0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04調(diào)節(jié)；陽(yáng)極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時(shí)間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進(jìn)行；制得的鈦片樣品經(jīng)蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h；(3)PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的制備將制得的TW2納米管電極浸沒(méi)在0. 05 mol/L Pb (NO3)2禾口 0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用HNO3調(diào)節(jié)至2，以直流穩(wěn)壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度，分別在不同時(shí)間下將1 沉積在TW2 納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封； 沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極；控制沉積電流密度、沉積時(shí)間可以制得不同厚度和結(jié)構(gòu)1 層的雙功能電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，其特征在于，所述的將TiO2納米管電極浸入到pH為2的0. 05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的電解質(zhì)溶液中，在外加電壓下，利用電沉積法將1 沉積在TiO2納米管電極的另一面；自然晾干，制得1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極；重復(fù)上述的步驟，控制沉積電流，沉積時(shí)間，得到不同厚度和結(jié)構(gòu)1 的雙功能電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，其特征在于，所述重復(fù)上述的步驟，在沉積電流密度30 mA/cm2、沉積時(shí)間60分鐘時(shí)，得到的1 -!! 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極催化能力最佳。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種PbO2修飾TiO2納米管電極的方法。該方法的步驟(1)采用陽(yáng)極氧化法在Ti基片上制備TiO2納米管；(2)以pH為2的0.05mol/LPb(NO3)2和0.001mol/LNaF的溶液為電解質(zhì)，在外加電壓為1.5V，利用電沉積法將PbO2沉積在TiO2納米管電極的另一面；(3)自然晾干，制得PbO2-TiO2納米管/Ti/TiO2納米管雙功能電極。(4)控制沉積電流密度，沉積時(shí)間可以得到不同厚度和結(jié)構(gòu)PbO2的雙功能電極。本發(fā)明充分利用了TiO2納米管電極背光一面，將光催化與電催化結(jié)合起來(lái)，可以顯著提高電極的光電催化氧化能力。
文檔編號(hào)C25D9/04GK102534718SQ20121000881
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉東斌, 寧志高, 李士鳳, 李飛, 樊麗輝, 申延明 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工大學(xué)