[发明专利]一种制备TiO2薄膜电极的简单方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备电极的方法，特别是涉及一种制备TiO₂薄膜电极的简单方法。

背景技术

随着工业的发展和人民生活水平的不断提高，环境污染问题己日趋严重，有害气体净化、污水处理等日益受到人们的重视。在污水处理中目前的转化处理方法大多是针对排放量大、浓度较高的污染物，对于水体中浓度较低、难以转化的污染物的净化还无能为力。而近年来逐渐发展起来的光催化降解技术为解决这一问题提供了良好的途径。近年来的研究表明，光催化反应能将含有染料、农药、卤代有机化合物、表面活性剂、油污、无机污染物的废水处理为无害水而排放，而且成本不高，无二次污染，可以作为其它处理方法的预处理，也可以作为其它处理方法的深度处理，还可以单独使用。

在光催化反应中最重要的是催化剂的开发，TiO₂是一种高效的光催化剂。当能量大于或等于TiO₂带隙能的光照射TiO₂时，TiO₂吸收光子产生电子-空穴对，经过禁带向来自溶液或气相且吸附在其表面的物种转移电荷。空穴夺取颗粒表面吸附物或溶剂中的电子，与供给电子的物种结合，使该物种（常为有机污染物）被氧化，电子受体（通常是水溶液中的氧）接受表面电子被还原。但缺点是电子-空穴在表面和内部可以发生简单复合，降低其光催化效率。光电催化氧化技术是外加一定的阳极偏压，将光激发产生的电子通过外电路驱赶到反向电极上，从而实现与空穴（载流子）的有效分离，这一电场增强效应明显地减少了电子-空穴的简单复合。这一过程称为光电协同催化氧化，即光电催化氧化技术。光电催化技术具有：（1）室温下使用的，不需要高温源，仅需UV光源和光催化剂，具有节省能源和安全的特点；（2）光催化剂在紫外光的作用下具有彻底分解有机物的能力，可以分解几乎所有的有毒有机物，其净化产物是CO₂和水，不会产生副作用；（3）光催化剂本身具有无毒，无污染，卫生安全以及效率高，寿命长，装置简单，维护容易，运行费用低。TiO₂光电催化技术正逐步发展为治理环境污染的一项新技术。

TiO₂光电催化技术中的关键技术是开发高效、稳定的TiO₂薄膜电极。目前TiO₂薄膜的制备方法主要有溶胶-凝胶法、液相沉积法、电子束蒸发沉积、化学气相沉积法、自组装模板制备方法等，其中应用最多的是溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法一般采用钦的无机盐类（如TiCl₄）或者钛的有机酯类（如Ti(OC₄H₉)₄）作原料在一定pH值条件下通过水解制备TiO₂溶胶，然后根据基体的不同选用浸渍提拉法、旋转涂膜法或喷射涂膜法将TiO₂溶胶涂覆在基体表面，然后将涂有TiO₂凝胶的基体在一定温度下退火，获得透明或半透明的TiO₂薄膜。溶胶-凝胶法的优点是操作简单、易控制、成本低、可以在形状复杂的衬底表面形成各种涂层。溶胶-凝胶法的缺点是制备的TiO₂涂层与基体结合不牢，当涂覆TiO₂层的厚度大时使用过程中容易从基体上脱落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备TiO₂薄膜电极的简单方法，一种用于光电催化氧化有机物废水的TiO₂薄膜电极的方法。利用这种方法制得较薄的TiO₂涂层，多次浸涂，可以得到一定厚度的TiO₂薄膜，TiO₂与基体结合牢固，不易脱落，光电催化氧化有机物具有良好的降解效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备TiO₂薄膜电极的简单方法，包括如下制备步骤：

（1）导电玻璃（ITO）的预处理：将ITO玻璃裁成70×20 mm大小，在10%的重铬酸钾洗液中浸泡10s后用蒸馏水冲洗，而后分别以乙醇和蒸馏水超声清洗，100 ℃下烘干，待用；

   （2）铸膜溶液的制备：称取聚苯乙烯（PS），溶于有机溶剂苯、或二甲苯、或氯仿溶液中，不添加水，不控制TBT的水解，制成铸膜溶液，之后采用浸渍提拉法、旋转涂膜法或喷射涂膜法制备TBT/PS前体膜；即超声振荡使其完全溶解，量取钛酸四丁酯（TBT），立即溶于上述PS的有机溶液中，超声振荡致完全溶解，得到透明或半透明溶液，即为铸膜溶液；