[发明专利]一种硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料的制备工艺，具体为硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，能源和环境问题日益严重，新能源的开发利用也已经成为了必然的发展趋势。太阳能是自然界中最丰富的可持续能源，因此，利用太阳光开发新能源以及进行能源再利用，是未来能源发展的一个重要研究热点。

自1972年，日本东京大学Fujishima和Honda发现了TiO₂的光催化性质之后，全世界就开始掀起了半导体材料光催化的研究热潮，以期通过光响应半导体将太阳能转换成所需的清洁能源或有效降解污染物。目前光响应的半导体有很多，诸如氧化物半导体（TiO₂、WO₃、ZnO等）、硫化物半导体（CdS、ZnS、CuInS等），掺杂型半导体、复合型半导体等，其中TiO₂是光催化领域研究最广泛、最深入的一个光催化半导体材料。TiO₂纳米管阵列因其具有高度有序的纳米管阵列结构.显著的量子尺寸效应和表面效应.优异的光电转换性能和良好的化学稳定性，而且通过调节制备参数(包括阳极氧化电压、电解液组分、pH值、阳极氧化温度和热处理温度等)可实现对TiO₂纳米管阵列形貌、管径、管壁厚度、管长和晶型的可控制备.从而能够满足更高的性能要求。

TiO₂纳米管阵列的实际应用主要存在两个问题：一是光吸收波长范围较窄，主要在紫外光区，能利用的太阳光只有4%左右；二是半导体光生电子-空穴对的复合率较高，光催化活性较低。为了解决上述问题.提高对太阳能的利用率和光电转换效率，对TiO₂纳米管阵列进行修饰改性，可以明显提高材料对光的响应范围和光电催化效率。目前，CdSe修饰TiO₂的方法多采用沉积法和连接法，造成两者之间的结合力弱，电子传输障碍。本发明使用阴极电位沉积得到金属Cd沉积在TiO₂纳米管表面，再进一步氧化置换得到的CdSe修饰TiO₂纳米管阵列电极材料，此材料结合力牢固，光吸收效率高，相比于类似材料，有着更好的光催化及光电催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明采用阳极氧化、恒电位沉积和氧化置换三步法制备CdSe纳米颗粒修饰TiO₂纳米管阵列电极。

一种硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法，其步骤如下：

（1）阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列

将0.3mm厚度的纯钛片剪成33.0mm×20.0mm的规格，打磨平整，依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗。采用直流恒压电源，以纯钛片为阳极，铂电极为阴极，在含氟的酸性水溶液中，以恒定电压对阳极进行氧化，将制得的样品用去离子水依次冲洗、超声清洗后，风干。在空气氛下一恒定速度升温到500℃，后恒温退火处理、冷却，即得到TiO₂纳米管阵列电极。

（2）阴极恒电位沉积制备金属Cd沉积的TiO₂纳米管阵列电极

将已制备好的TiO₂纳米管阵列电极作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极，以CdCl₂溶液为电解溶液，采用阴极恒电位沉积的方法对工作电极施以一定偏压，得到金属Cd纳米颗粒均匀沉积在TiO₂纳米管阵列表面，清洗、风干。

（3）氧化置换得到CdSe修饰的TiO₂纳米管阵列电极

将上述金属Cd修饰的TiO₂纳米管阵列在500℃下煅烧氧化，得到的CdO-TiO₂纳米管阵列，浸渍于Na₂SeSO₃溶液中进行釜热反应得到CdSe修饰的TiO₂纳米管阵列电极。

步骤（1）中，所述含氟的酸性水溶液为NH₄F与H₃PO₄的混合溶液，两种组分的浓度为0.1～0.4mol/L。