專利名稱：氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極及其制備方法，屬于半導(dǎo)體
光電催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體納米材料光催化的研究得到了廣泛的關(guān)注。尤其在環(huán)境污染控制 領(lǐng)域，由于納米二氧化鈦對諸多環(huán)境污染物有顯著的光催化降解作用，光催化已發(fā)展成為 新型的環(huán)境污染治理技術(shù)。而作為光催化技術(shù)的核心，二氧化鈦具有催化活性高、性質(zhì)穩(wěn)定 耐腐蝕和無毒等優(yōu)點；但在應(yīng)用中也存在著一些問題，比如其只能吸收波長小于387納米 的光，無法利用占太陽光主要能量的可見光部分；光電轉(zhuǎn)化效率不高；以及催化劑使用中 的固定化問題。如何在催化劑固定化的同時，盡可能的提高其光催化活性，以及將其光響應(yīng) 拓展到可見光范圍以期更加充分的利用太陽能，一直是光電催化領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。
研究表明，二氧化鈦納米管具有較高的活性比表面積，從而具有較高的光催化活 性；而F、B共摻雜產(chǎn)生了一定的協(xié)同作用，能顯著提高Ti(^的可見光催化活性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種具有高可見光響應(yīng)的，性質(zhì)穩(wěn)定的氟、硼共摻雜二氧化 鈦納米管薄膜光電極及其制備方法。 本發(fā)明的硼摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極，包括鈦片基底和原位生長在鈦片基 底上的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜層。 氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極的制備方法，包括以下步驟 1)將純鈦片磨拋至表面無劃痕，用丙酮和去離子水超聲清洗，干燥； 2)將NH/、草酸和水以質(zhì)量比1 : 2 : 200配制成電解液，調(diào)節(jié)pH值為2. 7
4. 9，以步驟1)的鈦片為陽極，鎳板作陰極，在15V 25V穩(wěn)壓直流電源下，攪拌氧化30
120分鐘，得到無定型二氧化鈦納米管； 3)將無定型二氧化鈦納米管放入化學(xué)氣相沉積裝置的沉積室內(nèi)，以25g/L的NaF 溶液和25g/L的!13803溶液為前驅(qū)體，氮氣為載氣，流速0. 002m/s 0. 02m/s，在40(TC下沉 積100-150分鐘，沉積結(jié)束后繼續(xù)通氮氣以除去沉積室內(nèi)殘留的前驅(qū)物，然后在氮氣保護(hù) 下，于40(TC煅燒60-180分鐘，自然冷卻。 本發(fā)明制備方法中，通過改變陽極氧化的電壓和電解液的pH值可以控制納米管 的管徑；通過改變氧化時間可以控制納米管的管長；改變化學(xué)氣相沉積中的氮氣流速、沉 積時間可以得到不同的氟、硼摻雜濃度。
本發(fā)明的優(yōu)點 1、采用陽極氧化法制備二氧化鈦納米管薄膜，工藝簡單，成本低，易于控制；
2、納米管的結(jié)構(gòu)具有較高的活性比表面積，能夠有效的提高光電轉(zhuǎn)化效率；
3、采用化學(xué)氣相沉積方法共摻雜非金屬氟、硼，摻雜濃度易于控制；
3
4、化學(xué)氣相沉積方法使硼摻雜更為均勻，而共摻雜了非金屬氟、硼的樣品具有很 高的可見光活性。 5、本發(fā)明的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極可以用于太陽能利用、光電 轉(zhuǎn)化以及環(huán)境領(lǐng)域的有機(jī)污染物的降解。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面示意圖； 圖2是氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極的表面掃描電鏡照片。
具體實施例方式
下面通過附圖和實例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 參照圖1，氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極，包括鈦片基底2和原位生長
在鈦片基底上的硼摻雜二氧化鈦納米管薄膜層1。
實例 取NH/ 2. 5克，草酸5克，溶于500毫升水中，pH值調(diào)至3. 7，得到電解液；將處 理過的鈦片作為陽極，陰極為鎳板，在20V電壓下進(jìn)行陽極氧化120分鐘，得到無定形的二 氧化鈦納米管結(jié)構(gòu)；然后采用化學(xué)氣相沉積方法對其進(jìn)行氟、硼摻雜，其中前驅(qū)液為溫度 50°C的25g/L的NaF溶液和25g/L的H3B03溶液；氮氣為載氣，流速0. 015m/s ;在40(TC下 沉積2小時；沉積結(jié)束后繼續(xù)通氮氣以除去沉積室內(nèi)殘留的前驅(qū)物，然后在氮氣保護(hù)下， 40(TC煅燒1小時，自然冷卻，得到氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極，其表面掃描電 鏡照片如圖2所示，由圖可見，制得的二氧化鈦納米管薄膜光電極具有明顯的管狀結(jié)構(gòu)。
將本例制得的光電極進(jìn)行光電流測量和光電催化降解甲基橙實驗，光電測量在三 電極體系中(制備所得薄膜電極為陽極工作電極，鎳板為對電極，飽和甘汞電極為參比電 極，0.5M的N S(^為支持電解質(zhì))進(jìn)行。光源選擇波長大于460納米的可見光。外加陽極 偏壓0V 1.6V，記錄光電流的變化。結(jié)果表明，制備的光電極具有更高的光電流密度，能夠 有效的提高光電轉(zhuǎn)化效率。 在上述光電測量在三電極體系中加入10ppm的甲基橙光照120分鐘，分析甲基橙 的濃度變化。結(jié)果表明，本發(fā)明的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜電極降解甲基橙溶液， 初始濃度為10mg/L時，MO的降解效率為90. 4% 。
權(quán)利要求
氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極，其特征是包括鈦片基底(2)和原位生長在鈦片基底上的硼摻雜二氧化鈦納米管薄膜層(1)。
2. 制備權(quán)利要求1所述的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極的方法，其特征在于包括以下步驟1) 將純鈦片磨拋至表面無劃痕，用丙酮和去離子水超聲清洗，干燥；2) 將NH4F、草酸和水以質(zhì)量比1 : 2 : 200配制成電解液，調(diào)節(jié)pH值為2. 7 4.9，以步驟1)的鈦片為陽極，鎳板作陰極，在15V 25V穩(wěn)壓直流電源下，攪拌氧化30 120分鐘，得到無定型二氧化鈦納米管；3) 將無定型二氧化鈦納米管放入化學(xué)氣相沉積裝置的沉積室內(nèi)，以25g/L的NaF溶液和25g/L的H3B03溶液為前驅(qū)體，氮氣為載氣，流速0. 002m/s 0. 02m/s，在400°C下沉積100-150分鐘，沉積結(jié)束后繼續(xù)通氮氣以除去沉積室內(nèi)殘留的前驅(qū)物，然后在氮氣保護(hù)下，于40(TC煅燒60-180分鐘，自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極，包括鈦片基底和原位生長在鈦片基底上的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜層。其制備包括采用陽極氧化法在鈦片基底上生長二氧化鈦納米管，然后以化學(xué)氣相沉積的方法將氟、硼共摻雜到二氧化鈦納米管層中去。本發(fā)明的硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極與常規(guī)的二氧化鈦膜相比，具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，大大提高了二氧化鈦薄膜電極的光催化性能及光電轉(zhuǎn)換效率。氟、硼共摻雜產(chǎn)生了一定的協(xié)同作用，能顯著提高TiO2的可見光催化活性。本發(fā)明的氟、硼共摻雜二氧化鈦納米管薄膜光電極可以用于太陽能利用、光電轉(zhuǎn)化以及環(huán)境領(lǐng)域的有機(jī)污染物的降解。
文檔編號B01J35/02GK101721987SQ200910156958
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者張興旺, 雷樂成, 高文立 申請人:浙江大學(xué)