[发明专利]一种二氧化锡-三氧化二铁纳米管复合电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学、环境化学和光电催化技术领域，尤其是涉及一种具有可见光电一体化催化功能的二氧化锡-三氧化二铁纳米管复合电极材料及制备方法，还涉及其应用于有机废水的可见光电一体协同催化氧化降解技术方法。

背景技术

电催化和光催化作为两种不同的高级氧化技术，越来越多的环境科学工作者将其应用于有机废水的降解处理。光催化和电催化都有着鲜明的催化特性和不同的能量转化形式。如果这两种高级氧化技术能够同时在同一电极表面实现，有望在两种催化反应之间实现协同作用，有利于提高电极的光电催化氧化能力和降解效率。尤其将优良的电催化剂与具有可见光响应的光催化剂相结合，可实现利用可见光光电一体化降解环境污染物。因此，该项技术的重点也是难点，是需要找到或者构筑同时具有优异电催化性能和光催化性能的催化电极材料。

近年来，TiO₂是一种研究最为普遍和应用最为广泛的光催化剂，其禁带宽度较宽(3.2eV)，只能利用太阳光谱中的紫外光源。在太阳光中紫外和可见光所占比例分别为4％和43％，由于紫外光所占比例太小，仅依靠着部分能量远远不能满足人们对光能的利用需求。为解决光催化中对可见光利用率低这一难题，研究者门进行了广泛的研究和探索，其中包括对TiO₂的非金属掺杂(C，N，F等)、CdS，CdSe等硫化物的复合以及染料敏化等，使其具有可见光响应；另外一个研究的热点，是开发一些具有窄带的半导体或者是钙钛矿类材料，直接得到具有可见光响应的光催化剂。然而，对TiO₂的非金属掺杂过程，操作麻烦，条件苛刻；而硫化物和TiO₂制备的复合催化剂在光催化过程中，必须使用Na₂S作为牺牲剂，容易造成二次污染，而使用染料敏化的方法应用范围仅限于太阳能电池领域，有机染料分子的应用使其无法适用于成分复杂的环境介质体系，另外，钙钛矿类材料的可见光转化效率低。基于上述缺陷和困难，寻找其本身具有可见光响应的窄带半导体材料，构筑得到高效的可见光催化剂具有十分重要的意义。

赤铁矿(α-Fe₂O₃)，因其具有较窄的禁带宽度(2.0～2.2eV)、对可见光响应良好、无光腐蚀和常规情况下化学性质稳定等特点，被认为是一种比较理想的可见光催化剂。钛基体上采用阳极氧化法制备直立原位二氧化钛纳米管(TiO₂NTs)技术已被人们所熟知并广泛应用于光水解，太阳能电池，环境污染物催化降解等各个领域。2009年，Mano等人首次用类似的阳极氧化法制备得到Fe基体高度有序生长的Fe₂O₃NTs，因其光催化性能优于一般的粉末状形貌的Fe₂O₃而备受关注。