-Pt)復(fù)合光電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米光催化材料領(lǐng)域，具體涉及導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)復(fù)合光電極材料及其制備工藝。
技術(shù)背景
[0002]二氧化鈦(T12)半導(dǎo)體光催化材料，以其豐富來源、無毒、光催化活性高、性能穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在污水和空氣凈化、除菌等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。其中銳鈦礦相T12由于其禁帶寬度為3.2eV，在紫外光的激發(fā)下，能發(fā)生光電響應(yīng)，其中價(jià)帶電子會(huì)躍迀到導(dǎo)帶，導(dǎo)致光生電子與空穴分離，激活的空穴具有強(qiáng)的氧化能力，能夠礦化吸附在T12表面的有機(jī)物。但是，T12還存在著許多方面的局限性，限制其充分的利用，諸如載流子復(fù)合率高、量子效率低、光吸收波長(zhǎng)范圍窄、太陽光利用率低等方面。因此，降低電子-空穴對(duì)的復(fù)合率，加快電子迀移速率，擴(kuò)展T12光譜吸收范圍，成為其研究的重點(diǎn)方向。
[0003]光電催化氧化是在光催化過程中，給予光電極材料上一定的偏電壓，從而阻止電子-空穴對(duì)的簡(jiǎn)單復(fù)合，提高催化效率。大量的研究是將T12負(fù)載到基體材料上制備成光陽極，例如導(dǎo)電玻璃、泡沫鎳、不銹鋼網(wǎng)等。導(dǎo)電碳?xì)钟捎谄渚哂袃?yōu)良的吸附、導(dǎo)電、耐高溫等特性，并且構(gòu)成導(dǎo)電碳?xì)值奶祭w維直徑小于I Ομ??，三維的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大的提高比表面積，增大催化反應(yīng)的接觸面積加快反應(yīng)進(jìn)程。
[0004]金屬離子摻雜是將金屬離子引入到半導(dǎo)體晶格內(nèi)部，導(dǎo)致晶格缺陷或改變結(jié)晶度，缺陷位置將成為電子或空穴的陷阱，捕獲光生電子或空穴，阻止光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，延長(zhǎng)其壽命。其中大量金屬離子摻雜已被研究，例如Ag、Au、Ni和V等。而Pt摻雜T12是一類具有良好應(yīng)用前景的光催化劑，因?yàn)镻t表面的過電位較小，電子在Pt表面富集，減少了T12表面電子的濃度，從而減少電子-空穴在T12表面的復(fù)合率，相應(yīng)地提高了空穴數(shù)目，增強(qiáng)了催化劑的光催化性能。由此可見，Pt的摻雜對(duì)T12的光催化活性的改善有很大促進(jìn)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種光催化活性高、加工工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料及其制備工藝。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括如下步驟:
[0007]本發(fā)明的導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料的制備方法包括:采用表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨為造孔模板劑，四氯化鈦(TiCl4)為鈦源，氯鉑酸(H2PtCl6.6H2O)為鉑源，通過水熱合成法制得液晶-Pt-T12前驅(qū)體乳液，在超聲波輔助下采用浸漬提拉法負(fù)載至導(dǎo)電碳?xì)稚?，再?jīng)過高溫煅燒得到導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料。
[0008]優(yōu)選地，在上述制備方法中，所使用的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨與四氯化鈦與氯鉑酸的重量比范圍是1:0.5?5:0.03?0.1，優(yōu)選1:0.8?3:0.045?0.1。
[0009]優(yōu)選地，在上述制備方法中，液晶模板為無水乙醇和表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨混合體系，將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨溶解到無水乙醇溶劑中，通過自組裝技術(shù)形成液晶軟模板溶液，其中表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨與無水乙醇的重量比為 1:5 ?15，優(yōu)選 1:5-10。
[0010]優(yōu)選地，所述超聲波輔助使用超聲波處理功率10-100W，優(yōu)選20-50W，更優(yōu)選約30W、時(shí)間0.5?5小時(shí)，優(yōu)選約Ih。
[0011 ] 優(yōu)選地，水熱合成條件為升溫速率4?8 °C/分，優(yōu)選約5 °C/分，95-100°(:，優(yōu)選100°C壓強(qiáng)l_2MPa下反應(yīng)8?20小時(shí)，優(yōu)選約12小時(shí);反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，達(dá)到常溫。
[0012]優(yōu)選地，所述浸漬提拉是將整個(gè)洗凈的基板(導(dǎo)電碳?xì)?浸入預(yù)先制備好的溶膠(液晶-Pt-T12前驅(qū)體乳液)之中，然后優(yōu)選以精確控制的均勻速度將基板平穩(wěn)地從溶膠中提拉出來，在粘度和重力作用下基板表面形成一層均勻的液膜，緊接著溶劑迅速蒸發(fā)，于是附著在基板表面的溶膠迅速凝膠化而形成一層凝膠膜，將液晶-Pt-無機(jī)物鈦前驅(qū)體溶液均勻負(fù)載到導(dǎo)電碳?xì)州d體上，制備得到液晶-Pt-無機(jī)物鈦前驅(qū)體/導(dǎo)電碳?xì)謴?fù)合材料，其中浸漬提拉速率為I?5cm/s，優(yōu)選約2cm/s，在烘箱中于80_110 °C下，優(yōu)選約100 °C烘干，優(yōu)選再重復(fù)負(fù)載2-5次。
[0013]優(yōu)選地，所述高溫煅燒是在惰性氣體(氮?dú)?保護(hù)下，用采用管式爐通過程序升溫焙燒液晶-Pt-無機(jī)物鈦前驅(qū)體/導(dǎo)電碳?xì)謴?fù)合材料，獲得導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料，其中程序升溫速率為4?8°C/min，優(yōu)選約5°C/min，在400?500，優(yōu)選約450°C下恒溫I?5小時(shí)，優(yōu)選約2小時(shí)，之后自然冷卻至室溫。
[0014]優(yōu)選地，載體導(dǎo)電碳?xì)衷谑褂们斑M(jìn)行前處理，其包括依次用去離子水、濃硝酸、丙酮溶液、去離子水在超聲波下清洗，烘干備用。
[0015]本發(fā)明還涉及通過上述制備方法獲得的導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步涉及上述導(dǎo)電碳租負(fù)載介孔(Ti02_Pt)光電極復(fù)合材料用于光催化的用途。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0018]本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，制得材料為銳鈦礦相，負(fù)載均勻，比表面積大，介孔孔徑分布均勻等特點(diǎn)，并且大大改善了材料的可見光催化性能。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明制備工藝不意圖；
[0020]圖2為導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料掃描電鏡圖；
[0021 ]圖3為導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料X射線衍射圖；
[0022]圖4為導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料氮?dú)馕?脫附及孔徑分布圖；
[0023]圖5為導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極復(fù)合材料氣相可見光電催化裝置。
[0024]其中光電催化裝置，I為導(dǎo)電碳?xì)重?fù)載介孔(T12-Pt)光電極，2為Cu電極，3為氙燈(可見光燈)，4為恒電位儀，5為溫度控制系統(tǒng)，6為濕度控制系統(tǒng)，7為空氣循環(huán)系統(tǒng)。具體實(shí)施方案
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)例方案，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]導(dǎo)電碳?xì)诸A(yù)處理:將150 X 150 X 1.5mm大小的氈片浸在100mL的去離子水中，超聲清洗60min，然后將氈片浸到100mL的濃硝酸溶液中，超聲清洗60mi