[发明专利]一种可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见光响应半导体‑MOFs杂化光电催化材料电极及其制备方法，该电极是以氮氟共掺杂二氧化钛电极片为电极基底，其上负载有ZIF‑8。其制备方法包括：制备非晶体TiO₂和氮氟共掺杂二氧化钛电极片；将ZIF‑8原位生长在氮氟共掺杂二氧化钛电极片上。本发明电极具有机械稳定性强、催化性能优异、循环效率高、光利用能力强等优点，可在可见光下实现对抗生素的高效降解；同时，该电极可轻松回收利用，具有较高的推广价值和较好的应用前景。本发明制备方法具有沉积均匀、原料易得、回收便捷、应用广、易操作、实用性强等特点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

技术领域

本发明属于光催化电极材料制备技术领域，具体涉及一种可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极的制备方法。

背景技术

光电催化(PEC)通过施加阳极偏压在光阳极内部产生电势梯度，迫使光生电子向对电极方向移动与光生空穴分离。PEC充分可发挥光与电的协同作用，同时能够解决光催化中粉状催化剂难以有效回收的问题，提高了循环利用率。然而，传统的光阳极是通过在导电玻璃上涂覆粉末状催化剂形成体电极来构造的，这降低了传质速率和分散性。因此，有效改善传质过程已成为PEC的进一步研究方向。

作为一种新型材料，金属有机骨架(MOFs)由于具有多孔性和较高的比表面积而被考虑作为客体。目前，MOFs在光电催化体系中的应用很少，而现有的研究仍停留在通过在导电玻璃上涂覆粉末状催化剂来构建光阳极的过程，从而导致稳定性和重复性的不断下降。TiO₂纳米管由于优异的导电性被考虑用作电极基底，但纯TiO₂是带隙能为3.2eV的典型宽带隙半导体，仅能吸收利用紫外光。对于TiO₂，N掺杂是有效缩短带隙并将吸收波长扩展到可见光的方法之一。然而，N-TiO₂的价带上方N 2p和O 2p的混合间隙导致其在光激发下光生空穴的氧化能力相对较低，这极大的限制了二氧化钛在光电催化领域中的应用。另外，关于MOFs负载至基底原位生长的研究很少，而现有MOFs复合材料主要以粉末状为主，难以有效回收且易造成二次污染，同时现有MOFs复合材料还存在导电性差、光利用能力较弱等问题，上述问题的存在极大的限制了其在环境中的推广和应用。因此，机械稳定性强、催化性能优异、循环效率高、光利用能力强的半导体-MOFs杂化光电催化材料电极，对于提高光电催化技术的处理效果和应用范围具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种机械稳定性强、催化性能优异、循环效率高、光利用能力强的半导体-MOFs杂化光电催化材料电极，还提供了一种沉积均匀、原料易得、应用广、易操作、实用性强的可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极，所述可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极是以氮氟共掺杂二氧化钛电极片为电极基底；所述氮氟共掺杂二氧化钛电极片上负载有金属有机骨架材料；所述金属有机骨架材料为ZIF-8。

上述的可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极，进一步改进的，所述氮氟共掺杂二氧化钛电极片具有锐钛矿相-金红石相异质结构；所述氮氟共掺杂二氧化钛电极片的表面为金字塔型结构。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的可见光响应半导体-MOFs杂化光电催化材料电极的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钛箔浸入到含有氟化钠和硫酸钠的电解质中，以Cu为对电极进行阳极氧化，得到非晶体TiO₂；

S2、将步骤S1中得到的非晶体TiO₂与氟化铵混合进行煅烧，得到氮氟共掺杂二氧化钛电极片；