[发明专利]一种表面组装有石墨烯的Cu2O/TiO2纳米管阵列电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于利用太阳能分解水制氢的纳米光催化电极的制备工艺领域，尤其是涉及一种表面组装有石墨烯的Cu₂O/TiO₂纳米管阵列电极的制备方法。

背景技术

氢不仅是一种理想的清洁能源而且也是一种优良的能源载体，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优良特性。太阳能可以转化为氢能储存，需要时可通过燃料电池转换后使用，这种储能方式分散灵活。许多科学家认为，氢能在21世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源。利用氢能也是解决我国能源问题和挑战的有效途径。但是，氢是一种二次能源，需要制备。目前制备氢的方法非常多，而通过太阳能光解水制氢是一个既环保又经济的有效方法。从能源角度考虑，太阳能是取之不尽的，光解水制氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径，同时氢燃烧后只生成水，不会污染环境，而且储存和运输方便，美国、日本、德国等在氢能方面投资巨大，我国对该领域也十分重视。

1972年，日本东京大学的Fujishima和Honda研究发现TiO₂单晶电极光催化分解水。这一发现大地推动了光解水制氢的发展。国内外研究者就半导体材料光催化等方面的问题展开深入研究。TiO₂在光催化氧化技术中具有明显的优势，已经成为研究的重点和热点。TiO₂纳米材料的制备和改性技术也日益革新，纳米粉、纳米线、纳米棒以及纳米管材料在研究中都有涉及。TiO₂纳米管阵列薄膜与粉体纳米TiO₂薄膜相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力。

TiO₂纳米管阵列薄膜与粉体纳米TiO₂薄膜相比具有更大的比表面积和更强的吸附能力。但由于TiO₂禁带宽度为3.2eV，仅对紫外光有吸收，为了改进TiO₂半导体材料对可见光吸收响应，可以采用半导体复合等方法对TiO₂纳米材料进行改性。

经过对现有技术的文献检索发现，熊良斌，冯杰等在中国有色金属学报上发表的“纳米TiO₂/Cu₂O复合物的可见光降解活性艳红和分解水制氢的机理”，提出采用溶胶-凝胶法和化学沉积法制备纳米TiO₂/Cu₂O复合粉体，其具有较高的可见光降解活性和分解水制氢性能。但是该现有技术中光催化材料为复合粉体，比表面积和吸附能力较小，同时其光吸收范围较窄。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单，成本低，可以提高光电催化效率的表面组装有石墨烯的Cu₂O/TiO₂纳米管阵列电极的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种表面组装有石墨烯的Cu₂O/TiO₂纳米管阵列电极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)制备TiO₂纳米管阵列电极：将钛片与Pt电极分别连接到直流稳压电源的正、负极，以0.5wt％氢氟酸的水溶液为电解质，施加直流电压20V，在超声条件下，电解0.5h阳极氧化；然后将制备好的阳极样品放在马弗炉煅烧，得到分布均匀、排列有序的具有高催化活性的锐钛矿相的TiO₂纳米管阵列薄膜电极；

(2)在TiO₂纳米管阵列薄膜电极表面采用电化学方法沉积纳米Cu₂O：电解质溶液的组成为：0.2～0.4mol/LCuSO₄，3mol/L乳酸，pH＝9.5～11.5，采用三电极电化学沉积系统，其中工作电极为TiO₂纳米管阵列电极，对电极为Pt片，参比电极为HgO/NaOH电极，利用恒电位/电流仪在恒电位-0.5～-1V，室温条件下电沉积Cu₂O薄膜；然后在氮气氛围内，加热至200℃恒温烧结1h，得到Cu₂O/TiO₂纳米管阵列电极；