[发明专利]一种可见光光催化燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.一种可见光光催化燃料电池，其特征在于，所述光催化燃料电池以三氧化钨/二氧化钛纳米管作为光阳极，氧化铜/二氧化钛纳米管作为光阴极，其中，所述三氧化钨/二氧化钛纳米管中三氧化钨纳米颗粒均匀地沉积在片状二氧化钛纳米管表面，所述氧化铜/二氧化钛纳米管中氧化铜纳米颗粒均匀沉积在片状二氧化钛纳米管表面。

2.如权利要求1所述的可见光光催化燃料电池，其特征在于，所述片状二氧化钛纳米管的孔径约30-50nm，管壁厚约15-25nm，管长约为750-800nm。

3.如权利要求1或2所述的可见光光催化燃料电池，其特征在于，所述三氧化钨纳米颗粒直径约为5-10nm。

4.如权利要求1-3任意一项所述的可见光光催化燃料电池，其特征在于，所述氧化铜纳米颗粒呈团簇状均匀沉积在片状二氧化钛纳米管表面，且其沉积面积为0.4-0.6μm²。

5.一种可见光光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）阳极氧化法制备片状二氧化钛纳米管，该步骤包括如下子步骤：

（1.1）将钛片分别在去离子水和乙醇中超声清洗干净，室温下干燥，再浸于氢氟酸和硝酸组成的混合酸溶液中腐蚀，去离子水清洗，烘干，得到纯净的钛片待用；

（1.2）将经子步骤（1.1）得到的纯净钛片作为工作电极，铂片为对电极，置于氟化铵、甘油和水的混合溶液中，该混合溶液中氟化铵摩尔浓度为0.1-0.5摩尔/升，甘油体积百分数为70%-95%，钛片在10-30V的直流电压作用下进行阳极氧化，反应完毕后取出被氧化钛片，去离子水清洗烘干，再置于马弗炉400-550℃中度煅烧，生成片状二氧化钛纳米管备用；

（2）阴极方波电沉积法制备三氧化钨/二氧化钛纳米管，该步骤包括如下子步骤：

（2.1）配制含过氧化钨根离子溶液：配制双氧水与钨酸钠混合溶液，其中双氧水和钨酸钠体积比为1:1-4:1，再加入浓度为30%-50%的异丙醇溶液作为除泡剂，待混合溶液充分反应后放出气体，放至室温，再滴加高氯酸调节混合溶液pH至1.1-1.3，得到含过氧化钨根离子的溶液待用；

（2.2）阴极方波电沉积法制备三氧化钨/二氧化钛纳米管：采用三电极体系，将经步骤（1）得到的片状二氧化钛纳米管作为阴极、铂片作为阳极、饱和甘汞电极作为参比电极，共同浸入上述（2.1）子步骤制备的含过氧化钨根离子的溶液中，通过阴极方波电沉积法将三氧化钨纳米颗粒沉积在二氧化钛纳米管表面，去离子水清洗，烘干，得到三氧化钨/二氧化钛纳米管；

（3）恒电位极化法制备氧化铜/二氧化钛纳米管，该步骤包括如下子步骤：

（3.1）恒电位极化法镀铜离子：将经步骤（1）得到的片状二氧化钛纳米管作为工作电极、铂电极作为对电极、甘汞电极作为参比电极，共同置于摩尔浓度为0.3-0.6摩尔/升的乙酸铜和摩尔浓度为0.3-0.6摩尔/升的乙酸钠的混合溶液中，通电恒电位极化反应得到载铜离子二氧化钛纳米管，去离子水清洗，烘干，待用；

（3.2）将经子步骤（3.1）得到的载铜离子二氧化钛纳米管置于体积浓度比为10:1-30:1的氢氧化钠和过硫酸铵混合溶液中浸泡，待其表面变成蓝色取出，去离子水清洗干净，置于烘箱中烘干，最后置于400-550℃马弗炉中煅烧0.5-2h，得到氧化铜/二氧化钛纳米管；

（4）制备光催化燃料电池

将步骤（2）制得的三氧化钨/二氧化钛纳米管作为光催化燃料电池光阳极，步骤（3）制得的氧化铜/二氧化钛纳米管作为光催化燃料电池光阴极，两电极之间通过导线连接并置于电解液中，得到可见光光催化燃料电池。

6.如权利要求5所述的可见光光催化燃料电池制备方法，其特征在于，在所述子步骤（2.2）中，先在电压范围为-0.6--0.4V的阴极方波电压下沉积50-200ms后，再在电压范围为0-0.1V的阴极方波电压下沉积500-1500ms，依次进行方波循环待阴极极化结束后清洗烘干。

7.如权利要求5-6任意一项所述的可见光光催化燃料电池制备方法，其特征在于，在所述子步骤（2.2）中，方波循环圈数为200-800圈。

8.如权利要求5所述的可见光光催化燃料电池制备方法，其特征在于，在所述子步骤（3.2）中,恒电位采用相对甘汞电极-0.2--0.1V的电压，每次极化时间为30-60min。

9.如权利要求5-8任意一项所述的可见光光催化燃料电池制备方法，其特征在于，在所述子步骤（3.2）中，恒电位极化法镀铜离子这一步骤重复操作1-5次。