[发明专利]一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极、光电协同催化反应装置及其应用

说明书

本发明属于水果保鲜储藏领域，公开了一种Ag‑TiO₂/Ti(NO₂)/ITO光电极和基于Ag‑TiO₂/Ti(NO₂)/ITO光电极的光电协同催化反应装置及其应用。本发明将Ag‑TiO₂/Ti(NO₂)/ITO体系作为光电极，通过Ag对TiO₂薄膜进行掺杂改性，然后再在N₂大气压下等离子体处理，原位掺杂N形成的新物相，同时将半导体光催化氧化法与电化学法结合产生协同效应，可显著提高催化过程的量子效率，将其应用于水果保鲜时效果比单一的光催化、电催化效果均有明显提升，C₂H₄光电协同催化降解的一极动力学反应速率常数从不加电压的6.86×10^‑4(min^‑1)上升到9.06×10^‑4(min^‑1)，提升幅度为32％。

技术领域

本发明属于水果保鲜储藏领域，特别涉及一种Ag-TiO₂/Ti(NO₂)/ITO光电极、光电协同催化反应装置及其应用。

背景技术

国内的水果保鲜贮藏技术在近20年内得到了较好发展，结合我国国情，研发应用了多项水果保鲜技术，并形成了相对成熟的水果保鲜技术体系。目前水果采后保障供给期品质与安全最有效的手段是水果冷链。我国目前已经初步建立了以储藏库、冷库以及气调储藏为主的果蔬保鲜体系。机械冷藏依然是我国应用最广泛的水果贮藏手段，采用这种方法保鲜贮藏的水果数量占全国总量的1/3左右。

目前水果保鲜贮藏过程中，很多都是通过降低温度，来实现降低果实本身的呼吸作用，减慢水果的成熟达到延长保鲜期的目的。但这样的弊端是要提供较大的能源，不符合现在节能减排的国家方针，并轻视了环境中乙烯气体对于水果保鲜的影响。而现在国内外运用于冷库，去除乙烯的方法主要是三种方法，一种是通过控制环境中的氧气浓度来抑制乙烯的产生，因为乙烯生物合成的最后一步需要氧气的存在；一种是利用二氧化碳在环境中与乙烯气体处于竞争状态的特性，它能抑制乙烯的产生，通过提高二氧化碳的含量达到目的；最后一种就是定期通风，排出冷库中的乙烯气体(蔡霆等，2001)。第一种控制氧气含量的方法成本过高，并且无氧和氧气含量过低的情况下，会让某些水果从有氧呼吸转变为无氧呼吸，加速水果腐败变质。第二种增加二氧化碳含量的方法，无法在对二氧化碳敏感的水果果实的保鲜贮藏过程中使用，会造成虎皮病以及果实变软等问题。第三种是目前最经济的方法，但在通风期间依旧会对贮藏中的果实造成二次伤害。综合以上各种情况，需要找到一种新的方法来控制乙烯含量。

二氧化钛(TiO₂)是目前应用最广泛也是最重要的一种光催化剂，由于其具备化学性质稳定、方便制取、催化能力较强且无二次污染等优势特点，因此在废水处理、净化空气、灭菌抗菌及光电转换等领域都有非常广泛地运用(Cronje et al.,2011)。国内外较多的研究均是使用二氧化钛粉末颗粒，虽然粉末颗粒在实验中具有较好的催化活性，但由于粉末颗粒非常细微，会导致在实验中发生凝聚，造成不易沉降的后果，且难以重复利用。尽管二氧化钛(TiO₂)作为光催化剂应用在空气净化等领域已经有相关应用了，可TiO₂半导体光催化剂在实际应用中依然存在一些缺陷。比如半导体载流子的复合率很高，这是光量子效率较低的最主要原因之一。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种Ag-TiO₂/Ti(NO₂)/ITO光电极，其中Ti(NO₂)是指N₂大气压下等离子体处理Ag-TiO₂表面后，原位掺杂N形成的新物相，能进一步提升Ag-TiO₂催化剂的光催化性能，其克服了现有的TiO₂单一的光催化保鲜技术的不足。