[发明专利]一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳极表面负载Co₃O₄的方法。

背景技术

随着人类社会的不断进步，能源作为推动社会发展的物质基础，其需求量与日俱增，而随之产生的环境问题也日愈加重。氢能以其高含能，绿色环保等优点被认为是新世纪最理想能源之一。1972年，日本科学家Fujishima首次发现了以太阳能为初始能源直接分解水制氢的可能性。之后科学家们受到自然界光合作用系统II(简称光系统II)的启发并对其进行模拟，开辟出利用可见光分解水的新领域。水分解由水氧化和质子还原两反应组成，其中水氧化反应是制约光分解水研究的瓶颈因素。现有的分解水器件大多由含有贵金属钌和铱的氧化物或配合物作为水氧化催化剂和光敏剂构成，但其高昂的成本制约实际应用，因此对于廉价金属的水氧化催化剂的研究具有很重要的实际意义。

在自然界的光系统II中，植物将水氧化一分子的氧气并产生四个氢正离子和四个电子。而在这一氧化过程中，电子是通过Tyr-His190(络氨酸结构)作为媒介进行传递的，通过一个“质子耦合-电子还原”过程进行反应，通过模拟Tyr-His190的结构和功能，合成具有相似结构的仿生电子调节剂，将其引入到处于氧化钛的光敏剂和水氧化催化剂之间，是提高水氧化效率的可行方法。

发明内容

本发明的目的是要解决现有分解水器件中使用的阳极为贵金属催化剂，方法复杂，成本高和不能普遍应用的问题，而提供一种TiO₂阳极表面负载Co₃O₄的方法。

一种TiO₂阳极表面负载Co₃O₄的方法是按以下步骤完成的：

一、制备TiO₂浆料：将TiO₂粉体、松油醇和乙基纤维素加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌2天～3天，再在室温下陈化2天～3天，得到TiO₂浆料；

步骤一中所述的TiO₂粉体与松油醇的质量比为1:(4.5～4.7)；

步骤一中所述的TiO₂粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.26～0.28)；

步骤一中所述的TiO₂粉体与无水乙醇的质量比为1:(0.9～1)；

二、制备阳极：

将FTO导电玻璃进行切割，得到尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃；依次使用丙 酮、乙醇和去离子水分别对尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃超声清洗15min～20min，再将尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃浸泡到无水乙醇中15min～20min，得到阳极；

步骤二中所述的超声清洗的功率为300W～350W；

三、涂覆：采用丝网印刷的方法，将步骤一中得到的TiO₂浆料涂覆在步骤二中得到的阳极上，再在室温下放置3min～5min，再放入到温度为90℃～100℃的干燥箱中干燥5min～8min，得到含有TiO₂坯片的FTO导电玻璃；

四、重复步骤三3次～6次，得到负载厚度为8μm～12μmTiO₂坯片的FTO导电玻璃；

五、将步骤四得到的负载厚度为8μm～12μmTiO₂坯片的FTO导电玻璃放入到温度为320℃～330℃的马弗炉中烧结5min～8min，然后在温度为370℃～380℃下烧结5min～8min，再在温度为450℃～460℃下烧结15min～20min，最后在温度为500℃～510℃下烧结15min～20min，再自然冷却至室温，得到TiO₂阳极；

六、制备光敏剂Ru(bpy)₂(bpyPO₃H₂)(PF₆)₂：

①、合成4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶：