【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能转换材料，涉及一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法。
技术介绍
1、人类对清洁和可再生能源以及更清洁的环境的日益增长的需求刺激了各种与材料相关的研究和开发，用于高效的太阳能转化和利用、光催化环境修复以及有机化合物的光辅助选择性转化。
2、应用于光催化的半导体材料的纳米结构包括0d(qd)、1d(纳米线(nw)、纳米棒(nr)、纳米带、纳米管、和纳米纤维)、2d(石墨烯或金属二硫族化物(mos2，wse2))、准2d(纳米板、纳米片)、和3d(由多个长度尺度组成的分级结构)。
3、近年来，一维纳米tio2(纳米线、纳米棒、纳米管和纳米纤维)越来越引起学者关注。纳米棒为细棒状结构，一般长径比小于10。密集有序的纳米棒阵列与传统的纳米颗粒结构相比，具有尺寸可控、易于制备、比表面积大和界面电阻小等优点，同时近似垂直的一维纳米棒阵列结构可以为电子的转移提供更加直接的转移途径，从而提升电荷的传输效率。此外，较大的比表面积也加强了其对太阳光的吸收，进而促进了光生电子-空穴对的分离。纳米线的长径比一般大于10，有序排列的tio2纳米线阵列具有明显的量子限域效应、高度有序取向结构和大的比表面积，能有效提高电子-空穴的界面分离和载流子的定向传输效率。
4、例如，专利申请cn116926609a提供一种高光电化学性能的tio2纳米棒阵列，通过水热法在fto上生长了tio2纳米棒阵列，退火后进行中性条件下的电化学还原，从而制得高光电化学性能的tio2纳米棒阵列；其中，经过上述制备方法，ti
5、文献1(revisiting surface chemistry in tio2:a critical role of ionicpassivation for ph-independent and anti-corrosive photoelectrochemical wateroxidation,chem.eng.j.407(2021)126929.https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126929.)提供一种高光电化学性能的tio2纳米线阵列，通过水热法在fto上生长了tio2纳米线阵列，退火后进行碱性条件下的电化学还原，从而制得高光电化学性能的tio2纳米线阵列；其中，经过上述制备方法，tio2纳米线阵列的光电流密度由0.2ma cm-2提升到1.25ma cm-2。
6、光电流密度越高，光电化学性能越好，但在一些应用场景，tio2纳米线阵列具有更高的应用优势。
7、染料敏化太阳能电池：一维tio2纳米棒阵列的比表面积有限，导致阵列吸附的染料量较少，这会直接影响太阳能电池对光的吸收，而垂直排列的纳米线阵列结构能够吸附更多的染料，这使得纳米线阵列结构成为染料敏化太阳能电池的理想候选。
8、柔性太阳能电池：tio2纳米线阵列比tio2纳米棒阵列更具有柔性，有利于设计各种形状或表面，可采用成卷连续生产、快速涂布等技术，便于大面积生产，降低生产成本。
9、有机污染物降解：光生电子和空穴可以直接参与污染物的还原和氧化，或者产生高活性氧，如超氧化物自由基o2(由光激发电子和吸附的o2反应形成)和羟基自由基oh(由空穴和吸附的oh反应形成)，它们随后将与污染物反应。与tio2纳米棒阵列的比表面积相比，tio2纳米线阵列具有更高的比表面积和吸附容量以及可回收性，有希望成为废水处理的新兴技术。
10、因此，研究一种能够大幅提升tio2纳米线阵列光电化学性能的方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，首先采用盐酸溶液对tio2纳米线阵列进行刻蚀，然后对刻蚀后的tio2纳米线阵列进行退火，最后将退火后的tio2纳米线阵列在碱性条件下进行电化学还原；
4、经盐酸溶液刻蚀、退火和电化学还原后，tio2纳米线阵列在0.5m na2so4溶液中的光电流密度由0.07ma cm-2提高至1.5～1.65ma cm-2。
5、光化学电池是通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳极通常为光半导体材料(比如二氧化钛)，当入射光照射到光阳极时，会在电路中产生电流，这是由于光电效应的原因，这个电流是由光阳极发射出来的电子产生的，所以叫做光电流；当入射光的能量大于半导体禁带宽度时，电子由价带向导带跃迁，产生电子-空穴对，光生电子沿着导线向另一电极迁移产生电流，并且光电流的强度与入射光的强度成正比；可见产生的光电流强度与入射光的强度及半导体本身性质密切相关，可用光电流谱研究光诱导下光催化剂中电子与空穴的分离与迁移过程；光电流越大，分离效率越高；当光阳极和对电极组成光电化学池时，在电解质存在下，光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气；本专利技术的方法能够将tio2纳米线阵列的光电流密度由0.07ma cm-2提高至1.5～1.65ma cm-2，提升幅度远超现有技术，有效促进光电化学水分解。
6、作为优选的技术方案：
7、如上所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，tio2纳米线阵列的制备步骤如下：
8、(1)将5ml无水乙醇(分析纯，ar)、5ml盐酸(质量分数36％)和0.3ml钛酸四丁酯(99％，gc)均匀混合后得到前驱体溶液a；
9、(2)将清洗后的导电玻璃放在聚四氟乙烯内衬中，加入前驱体溶液a，然后放入水热反应釜中，180℃反应4h，之后自然冷却得到tio2纳米线阵列。
10、如上所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，采用盐酸溶液对tio2纳米线阵列进行刻蚀，是指将未退火的tio2纳米线阵列放在聚四氟乙烯内衬中，加入前驱体溶液b，180℃反应1～7h；
11、前驱体溶液b是体积比为3:1～1:2(具体比例3:1、2:1、1:1或1:2)的水与盐酸的混合液。
12、如上所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，对刻蚀后的tio2纳米线阵列进行退火，是指将刻蚀后的tio2纳米线阵列在管式炉中400℃退火1小时，升温速率10℃/分钟，之后自然冷却。
13、如上所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，将退火后的tio2纳米线阵列在碱性条件下进行电化学还原，过程如下：
14、(1)将氢氧化钠溶于水中配制得到浓度为1m的naoh溶液；
15、(2)以步骤(1)配制的naoh溶液作为电解液，在三电极体系中进行-0.4v～-0.6vvs.可逆氢电极(vs.rhe)的恒电位电化学还原(辰华工作站chi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高TiO2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于：首先采用盐酸溶液对TiO2纳米线阵列进行刻蚀，然后对刻蚀后的TiO2纳米线阵列进行退火，最后将退火后的TiO2纳米线阵列在碱性条件下进行电化学还原；
2.根据权利要求1所述的一种提高TiO2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，TiO2纳米线阵列的制备步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种提高TiO2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，采用盐酸溶液对TiO2纳米线阵列进行刻蚀，是指将TiO2纳米线阵列放在聚四氟乙烯内衬中，加入前驱体溶液B，180℃反应1～7h；
4.根据权利要求1所述的一种提高TiO2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，对刻蚀后的TiO2纳米线阵列进行退火，是指将刻蚀后的TiO2纳米线阵列在管式炉中400℃退火1小时，升温速率10℃/分钟，之后自然冷却。
5.根据权利要求1所述的一种提高TiO2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，将退火后的TiO2纳米线阵列在碱性条件下进行电化学还原，过程如下：
6.根据权利要求5所述
...【技术特征摘要】
1.一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于：首先采用盐酸溶液对tio2纳米线阵列进行刻蚀，然后对刻蚀后的tio2纳米线阵列进行退火，最后将退火后的tio2纳米线阵列在碱性条件下进行电化学还原；
2.根据权利要求1所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，tio2纳米线阵列的制备步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种提高tio2纳米线阵列光电化学性能的方法，其特征在于，采用盐酸溶液对tio2纳米线阵列进行刻蚀，是指将tio2纳米线阵列放在聚四氟乙烯内衬中，加入前驱体溶液b，180℃反应1～7h；
4...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓清，丁一博，张晓艳，司继磊，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。