[发明专利]一种TiO2

说明书

一种TiO₂/Au/CoPi复合纳米管阵列光阳极的制备方法，依次包括TiO₂纳米管阵列薄膜的制备、TiO₂/Au纳米管阵列薄膜的制备和TiO₂/Au/CoPi纳米管阵列薄膜的制备，其特征在于：所述TiO₂/Au/CoPi纳米管阵列薄膜的制备是将TiO₂/Au纳米管阵列薄膜作为工作电极，Pt片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，以Co(NO₃)₂磷酸盐缓冲溶液为电解液，在可见光下光电沉积磷酸钴盐（CoPi）助催化剂，然后取出用去离子水清洗、干燥。本发明制备方法Au纳米颗粒均匀沉积到TiO₂表面，不发生团聚，且形貌均匀，磷酸钴盐（CoPi）助催化剂快速、精准地沉积到Au纳米颗粒表面，而不沉积到TiO₂表面，增加了分解水产氧反应的活性位点，高效发挥磷酸钴盐（CoPi）助催化剂的催化性能，在相同偏压下，光电密度约为TiO₂/Au的3倍。

技术领域

本发明涉及光电催化技术领域，具体涉及一种TiO₂/Au/CoPi复合纳米管阵列光阳极的制备方法。

背景技术

半导体光电催化分解水制氢是解决能源和环境污染问题的一项重要技术，其研究核心集中在研制出光响应范围广，空穴-电子复合率低的光阳极材料。2005年，田阳和Tatsuma发现Au纳米颗粒负载到TiO₂的表面受到可见光照射时存在等离子体诱导电荷分离（PICS）现象，即Au因局域表面等离子体共振（LSPR）效应产生的热电子可以越过Au与TiO₂界面形成的肖特基势垒，迅速地转移到TiO₂的导带上，而空穴则积累在Au表面，实现空穴-电子对的分离，并且光响应范围由紫外光区拓宽到了可见光区（Tian Y , Tatsuma T .Journal of the American Chemical Society, 2005, 127:7632-7637）。基于PICS效应，TiO₂/Au可作为可见光驱动的光阳极（工作电极）材料，应用于光电催化氧化分解水产氧，而在对电极还原产氢。

然而TiO₂/Au表面发生分解水产氧反应因电子转移数目多(4电子)，存在较高的过电势，TiO₂/Au表面上的活性位点不足以使得氧顺利生成，导致反应速率较低。为了解决该问题，本发明提出在TiO₂/Au上负载适宜的产氧助催化剂—磷酸钴盐(CoPi)。据文献报道，利用光氧化法可以将CoPi沉积在TiO₂、ZnO、CdS等半导体表面沉积。例如，牛晓飞等(虎号,许海峰, 牛晓飞. 人工晶体学报, 2015，1:200-203)在TiO₂表面分别负载了助催化剂Pt和CoPi，得到TiO₂-Pt-CoPi得到三元复合物光催化剂，紫外光照射下分解水活性有了明显提高。根据TiO₂/Au可见光下的电荷分离机制，要想利用它实现可见光下高效分解水，必须将CoPi精准可控地沉积到Au纳米颗粒表面，而不是TiO₂表面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiO₂/Au/CoPi复合纳米管阵列光阳极的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：