[发明专利]具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极及制备方法

说明书

本发明公开了具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极及制备方法，解决现有技术中阳极氧化制备TiO₂光催化剂，电解质配置复杂，对环境不友好，电解液生成沉淀的问题。本发明所述的具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极的制备方法，将纯钛片预处理后，分别作为阳极和阴极，在单一的过硫酸盐水溶液中进行阳极氧化反应，而后清洗，煅烧。本发明通过一步阳极氧化方法，可以短时间制得同时具有“花状”和“孔洞”两种表面形貌结构，大大的提高了材料的比表面积，减少光的反射，增强光的吸收范围，使材料在可见光和近红外区域都有很强的吸收峰，从而提高太阳光的利用效率和其光电催化效率。

技术领域

本发明属于新能源新材料领域以及电化学、光电催化领域，具体涉及具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极及制备方法。

背景技术

TiO₂作为一种光催化材料，因其对人体和环境无毒无害，光电催化降解效率高，低成本，化学稳定性好和较少的二次污染等特点，而一直受到高度的关注。然而，TiO₂在实际应用中一直都受到自身缺陷条件的限制，如较宽的禁带(anatase：3.2eV)使其只能利用紫外光；较高的光生电子与空穴复合率，使电荷不能有效传递，导致低的电导率。

近来年，学者们通过金属(氧化物)、非金属(氧化物)等掺杂，修饰改性的方式，已经可以很好克服其前面强调的缺陷。但是，为解决废水中TiO₂光催化剂的回收，聚集和渗出问题仍有很多工作要做。现如今来处理这一问题，主要通过溶胶-凝胶和涂层，阳极氧化，磁控溅射等方法从制备方法上来实现。从能量和成本方面考虑，通常采用前两种方法。但总的来说，阳极氧化中电解质的成分仍然配置很复杂(两种或多种有机溶液体系)，且反应后的电解液往往有沉淀物生成或者有机体系当中电解质本身就是有毒物质，而溶胶-凝胶和涂料则存在操作过程繁琐，且等待时间长，机械性能差，容易脱落等问题。因此，综合考虑各种情况，利用简单的阳极氧化和环保的单电解质短时间内制备出的材料具有高的比表面积，同时能够吸收可见光和近红外，从而提高太阳光的利用效率，已成为解决这些问题的关键。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极的制备方法，解决现有技术中阳极氧化制备TiO₂光催化剂，电解质配置复杂，对环境不友好，电解液生成沉淀的问题。

本发明还提供了采用该方法制成的光电极。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的具有吸收可见光和近红外混合形貌结构光电极的制备方法，将纯钛片预处理后，分别作为阳极和阴极，进行阳极氧化反应，而后清洗，煅烧。

进一步地，具体包括以下步骤：

步骤1.将预处理后的纯钛片分别作为阳极和阴极，放入装有硫酸盐水溶液的电解槽中，通入一定电压阳极氧化，阳极氧化过程在超声、恒温条件下进行；

步骤2.将经步骤2反应后的纯钛片取出，清洗，晾干后，置于马弗炉高温煅烧。

进一步地，所述预处理为将纯钛片依次经物理打磨、脱脂清洗和化学抛光处理。

进一步地，所述物理打磨为依次用320目、600目砂纸打磨纯钛片后，自来水反复冲洗，再用超纯水超声清洗2min后，自然风干。

进一步地，所述脱脂清洗是指将经物理打磨后的纯钛片依次经过丙酮、无水乙醇和超纯水分别超声清洗10min后，自然风干。

进一步地，所述化学抛光是将脱脂清洗后的纯钛片置于HF:HNO₃:H₂O＝1:4:5强酸水溶液中抛光，直至无气泡产生，取出后用超纯水超声清洗10min，自然风干。

进一步地，所述硫酸盐水溶液为0.01mol/L～1mol/L过硫酸铵水溶液。