复合型TiO2光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合型TiO2光催化剂及其制备方法。复合型TiO2光催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、采用水热法，在FTO玻璃板上制备TiO2纳米棒；S2、将所述TiO2纳米棒放置于MoS2反应液中，采用水热法制得TiO2/MoS2复合材料；S3、将TiO2/MoS2复合材料放置于Co

【技术实现步骤摘要】
复合型TiO2光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种复合型TiO2光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，能源的消耗也在日益增长。目前使用的主要能源是化石能源，其在地球上的储量有限，且经过数十年的开采，化石能源正面临着能源枯竭的问题，同时化石能源的使用会产生CO2、SO2、CO和NO
X
等有毒物质，造成酸雨、雾霾、温室效应等一系列的环境问题。因此寻找绿色、无污染、可持续的新能源成为社会进步面临的重要问题。清洁可再生能源主要有太阳能、风能、水能、潮汐能等。其中，太阳能每秒钟向外辐射3.8
×
10
26
J的能量，有1.7
×
10
18
J的能量到达地球表面，但是太阳能具有高分散性、不稳定性等缺点，如何更好地利用太阳能是人们进行能源研究的一个重要方向。氢能，由于其热值高、燃烧产物清洁无污染、来源广泛且可存储，被认为是最佳绿色能源之一。通过光催化剂吸收太阳能将水分解成氢气和氧气被认为是解决能源问题的最佳途径之一。
[0003]光催化剂在太阳光的作用下能产生很强的光氧化及还原能力，可催化光解附着于其表面的各种有机物及部分无机物，素有“光清洁革命”之称。早在20世纪30年代就已经发现了以氧化锌为基底的光催化材料。1967年，日本东京大学的本多建一教授和博士生藤岛昭发现用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应，打开了二氧化钛在光催化领域应用的大门。1972年，《Nature》发表了Fujishima和Honda关于光催化在光解水领域的研究。近几年来，联合国“未来太阳能利用”计划、美国的“星球大战”计划、日本“创造科学技术推进事业”计划、西欧“尤里卡”计划、以及我国的“纳米科学攀登”计划、“863”计划、“973”计划等都将光催化化学及材料列入重点研究开发计划。
[0004]目前，人们对新型光催化剂的研究层出不穷，作为n型半导体的TiO2拥有无毒副作用、清洁安全、原材料来源广泛、对光腐蚀具有很好的稳定性等诸多优点，被认为是最有前景的清洁材料，可广泛应用于太阳能电池、光催化产氢、传感器等领域。作为光解水制氢用的电极材料，TiO2纳米半导体材料的能带结构与水的氧化还原电位能够很好地匹配，是一种非常具有开发和应用前景的光解水半导体电极材料。然而，由于固有的宽带隙(～3.2eV)使得TiO2只能吸收很少部分的太阳光，加之光照激发的电子空穴对的高复合率限制了TiO2的光电化学性能。
[0005]有鉴于此，确有必要对TiO2半导体进行掺杂、敏化、复合以及结构设计等进行研究，以提高TiO2半导体的光利用率和光电化学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种复合型TiO2光催化剂的制备方法，利用TiO2的光电化学性能、MoS2的独特结构和电子属性以及Co
‑
Pi的助催化性能，制备由TiO2/MoS2/Co
‑
Pi复合形成的具有高光电化学活性的复合型TiO2光催化剂。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种复合型TiO2光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、采用水热法，在FTO玻璃板上制备TiO2纳米棒；
[0009]S2、将所述TiO2纳米棒放置于MoS2反应液中，采用水热法制得TiO2/MoS2复合材料；
[0010]S3、将TiO2/MoS2复合材料放置于Co
‑
Pi电沉积溶液中，采用光电沉积法在TiO2/MoS2复合材料表面沉积Co
‑
Pi纳米颗粒，制得由TiO2/MoS2/Co
‑
Pi复合形成的复合型TiO2光催化剂。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1具体为：
[0012]S11、以钛酸丁酯为溶质，稀盐酸为溶剂，配制TiO2反应液；
[0013]S12、将FTO玻璃的导电面朝下放入所述TiO2反应液中，在175
‑
185℃下水热反应23
‑
25h，在所述FTO玻璃的表面制备TiO2纳米棒阵列；
[0014]S13、将负载有所述TiO2纳米棒阵列的所述FTO玻璃的一面朝上置于耐火砖上，放入真空退火炉中退火，制备获取所述TiO2纳米棒。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S11具体为：采用浓盐酸与水按体积比为1∶2的比例制备所述稀盐酸，每30mL稀盐酸中滴加8
‑
10滴的钛酸丁酯，常温下磁力搅拌至无色透明，配置获取所述TiO2反应液。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在所述步骤S13中，所述退火过程的退火温度为495
‑
505℃，升温速率2℃/min，保温1h。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2具体为：
[0018]S21、配置所述MoS2反应液；
[0019]S22、将所述FTO玻璃负载有所述TiO2纳米棒的一面朝下放入所述MoS2反应液中，在175
‑
185℃下水热反应19
‑
21h，在所述FTO玻璃上制备获取TiO2/MoS2复合材料。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S21具体为：将0.05
‑
0.07mmol的钼酸钠和0.35
‑
0.45mmol的硫代乙酰胺溶于20mL的去离子水中，常温下磁力搅拌均匀，配置获取所述MoS2反应液。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3具体为：
[0022]S31、以去离子水为溶剂，磷酸钾和硝酸钴为溶质，制备60mL，pH＝7的Co
‑
Pi电沉积溶液；
[0023]S32、将所述FTO玻璃负载有所述TiO2/MoS2复合材料的一面朝下放入所述Co
‑
Pi电沉积溶液中，采用光电沉积法在TiO2/MoS2复合材料表面沉积Co
‑
Pi纳米颗粒，制得由TiO2/MoS2/Co
‑
Pi复合形成的复合型TiO2光催化剂
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S31具体为：以去离子水为溶剂，浓度为0.1mol/L的磷酸钾和浓度为0.5mmol/L的硝酸钴为溶质，制备pH＝7的电沉积溶液60mL。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S32具体为：在所述Co
‑
Pi电沉积溶液中，以负载有所述TiO2/MoS2复合材料的所述FTO玻璃为工作电极，Pt电极作为对电极，饱和甘贡电极作为参比电极，采用光辅助电沉积方法将助催化剂Co
‑
Pi担载在TiO2/MoS2复合材料的表面；且所述光辅助电沉积过程中的沉积电压为1.1V vs SCE，沉积时间为300s。
[0026]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种复合型TiO2光催化剂，所述复合型TiO2光催化剂为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
SCE，沉积时间为300s。10.一种复合型TiO2光催化剂，其特征在于：所述复合型TiO2光催化剂为采用权利要求1～9中任一项所述的复合型T...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振刚，刘志锋，杨发松，刘志鑫，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：