[发明专利]具有非均相光电催化性能的Ir掺杂二氧化钛电极材料

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种具有非均相光电催化性能的Ir掺杂二氧化钛电极材料。

背景技术

半导体TiO₂因其对太阳光的利用率较低而限制了其在污水处理等方面的应用，通过对纳米TiO₂的改性，如金属和非金属掺杂等方法可以有效拓宽其光谱响应范围，提高TiO₂的光催化效率。目前，对TiO₂修饰方面的研究有很多报道，主要的修饰改性手段包括：金属/非金属掺杂、半导体复合、表面染料敏化、贵金属沉积、共掺杂修饰、离子注入、强酸表面修饰等。金属离子掺杂能有效控制晶体的缺陷，进而提高晶体内部光生载流子的迁移率，抑制电子与空穴的复合，拓展光催化剂的吸收光谱响应范围，并最终提高光催化效率。添加Ir组元与金晶石型TiO₂基氧化物形成置换固溶体。30%IrO₂-TiO₂以及50%IrO₂-Ta₂O₅是很重要的电催化材料。特别是50%IrO₂-Ta₂O₅电极，因为在H₂SO₄溶液中很耐蚀是一种应用很广泛的析氧阳极。

本申请旨在选取具有电催化活性的IrO₂作为电催化活性组元掺杂光催化TiO₂中，获得一种具有非均相光电催化性能的Ir掺杂Ti/TiO₂体系电极材料及其制备方法。本发明与形稳阳极最根本的区别在于贵金属Ir量低和研究的出发点。对于形稳阳极，添加非贵金属氧化物的目的是降低贵金属用量，一般贵金属用量仍然要高达30%以上（贵金属摩尔比），每平方厘米钛上贵金属量最少0.8mg，这样才能保证活性和耐蚀性。另外形稳阳极是应用于电解、电冶金等电化学领域和能源领域。而本发明的贵金属Ir量控制在每平方厘米上重量为0.1~0.6mg就可以有光电催化效果，而且Ir的掺杂量仅需0.625%。应用领域是废水处理。当然，贵金属Ir量高于0.6mg/c²光电催化效果更好，但制造价格显著升高，不利于应用开发。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有非均相光电催化性能的Ir掺杂二氧化钛电极材料。通过控制合适的Ir掺杂量，同时提高了TiO₂体系电极材料的光催化活性和导电性。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种具有非均相光电催化性能的Ir掺杂二氧化钛电极材料：Ti/Ir_xTi_1-xO₂，0.0625≤x≤0.1875。

优选的，所述的电极材料为Ti/Ir_0.0625Ti_0.9375O₂。

一种制备如上所述的具有非均相光电催化性能的Ir掺杂二氧化钛电极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将钛板经去脂、喷砂、20wt%沸腾硫酸溶液刻蚀40 min后，水洗，备用；

2）将氯铱酸、三氯化钛溶液按金属离子摩尔比溶解于无水乙醇中，超声振荡使之溶解均匀，放置24h后，将混合溶液均匀涂敷于经过预处理的钛板基体表面，控制金属Ir在钛上的载量为0.1~0.6mg/cm²，每次涂覆后经红外光照至干，放在500℃的箱式电阻炉中热氧化15 min，出炉冷却；涂敷-固化-热氧化-冷却过程重复3~5次，最后一次热氧化过后进行恒温退火60min，再出炉空冷，获得掺杂贵金属活性Ir组元改性Ti/ TiO₂电极。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

本发明在Ir-Ti电极材料中掺杂6.25mol%~18.75mol%的Ir，通过控制合适的Ir掺杂量，不仅能有效提高TiO₂电极的导电性，还可以引入杂质能级，使禁带的带隙变窄，吸收光谱红移，提高了光子的利用率，光响应范围增大；此外，杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴，降低光生电子-空穴对的复合几率。从而使降解过程中TiO₂表面在光辐射作用下产生更多的-OH，提高光催化活性。

附图说明