【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电催化，具体为一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用。
技术介绍
1、随着社会的不断发展，对能源的需求也越来越大。化石能源和化石燃料的不断发展，导致了一系列的能源危机和环境问题，如全球变暖、能源危机等危及整个人类社会的问题。为了解决越来越严重的问题，解决这些问题的关键是寻找一种新的绿色能源来取代化石能源，优化能源组成，减少碳排放。
2、氢能作为一种新型的二次能源，具有清洁、能源密度高、易储存等优点。它被广泛应用于各个领域，被认为是一种可以替代化石能源的新能源。氢是未来可持续能源系统中一种高效、清洁的能源载体。
3、经检索，中国专利号为cn101721987a的专利，经检索，中国专利号为cn101721987a的专利，公开了氟、硼共掺杂二氧化钛纳米管薄膜光电极，包括钛片基底和原位生长在钛片基底上的氟、硼共掺杂二氧化钛纳米管薄膜层。其制备包括采用阳极氧化法在钛片基底上生长二氧化钛纳米管，然后以化学气相沉积的方法将氟、硼共掺杂到二氧化钛纳米管层中去。该专利技术的硼共掺杂二氧化钛纳米管薄膜光电极与常规的二氧化钛膜相比，具有更大的比表面积和更强的吸附能力，大大提高了二氧化钛薄膜电极的光催化性能及光电转换效率。氟、硼共掺杂产生了一定的协同作用，能显著提高tio2的可见光催化活性。该专利技术的氟、硼共掺杂二氧化钛纳米管薄膜光电极可以用于太阳能利用、光电转化以及环境领域的有机污染物的。
4、目前。传统的氢气工业生产的主要方法是电解水和热化学法，其中热化学方法是通过裂化石油和甲烷的蒸汽重整产
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，解决了
技术介绍
中的反映问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，该制备方法需要提供一种光电阳极，包括导电基底和生长在所述导电基底表面的改性二氧化钛纳米棒，所述改性二氧化钛纳米棒为多组矩阵阵列分布；
4、所述改性二氧化钛纳米棒包括二氧化钛纳米棒和掺杂在二氧化钛纳米棒中的氟元素。
5、优选的，所述二氧化钛纳米棒的直径为0.05-0.3微米，长度为2-5微米，所述氟元素掺杂在二氧化钛晶体中。
6、优选的，该制备方法包括以下步骤：
7、s1、将水、酸性试剂和含钛有机化合物混合，得到水热溶液；
8、s2、将导电基底置于所述水热溶液中进行水热反应，得到生长有前驱体的导电基底；
9、s3、将所述生长有前驱体的导电基底放置于含氟溶液浸泡一定时间，得到氟掺杂的生长有前驱体的导电基底；
10、s4、将所述生长有氟掺杂的前驱体的导电基底，经过煅烧得到生长有氟掺杂的二氧化钛纳米棒阵列的导电基底，单个修饰二氧化钛纳米棒阵列包括二氧化钛纳米棒和掺杂在二氧化钛纳米棒内的氟元素，得到所述光电阳极。
11、优选的，所述步骤s1中，所述酸性试剂包括盐酸和水，所述酸性试剂的浓度为36-38％，所述含钛有机化合物包括钛酸四丁酯，所述水和酸性试剂体积比为1：1-2，所述水和含钛有机化合物的用量比为25ml：0.2-1ml。
12、优选的，所述步骤s2中，所述水热反应的温度为150-200℃，升温至所述水热反应温度的升温速率为1-3℃/min，保温时间为5-7h。
13、优选的，所述步骤s3中，所述含氟溶液包括氟化铵和水，所述含氟溶液的浓度为0.01-0.2mol/l，所述浸泡在含氟溶液的时间为5-10min。
14、优选的，所述步骤s4中，所述煅烧的温度为400-500℃，升温至所述煅烧温度的升温速率为1-3℃/min，煅烧时间为1-2h。
15、优选的，所述导电基底包括fto导电玻璃片，所述导电玻璃片的尺寸优选为2*2.3cm，所述导电基底置于水热溶液前，还需进行预处理；
16、所述预处理包括以下步骤：
17、a、清洗，依次在丙酮、无水乙醇和超纯水中进行超声清洗；
18、b、干燥，清洗完成后在空气中干燥，得到预处理的fto导电玻璃片。
19、优选的，所述步骤a中，所述在丙酮溶液中的清洗时间优选为1-1.5h，所述在乙醇中的清洗时间优选为30min，所述在超纯水中清洗的时间优选为30min。
20、优选的，该应用包括上述技术方案中，制备方法制备得到的光电阳极在光电催化水分解制氢中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
22、1、本专利技术，改性二氧化钛纳米棒阵列中的改性二氧化钛纳米棒包括二氧化钛纳米棒和掺杂在二氧化钛纳米棒中的氟元素，其中的氟掺杂后能够使二氧化钛晶格缩小，从而优化能带结构，提高光吸收能力，同时促进二氧化钛在表面和界面上的高效电子空穴分离，提高了光电阳极的光电流密度和光电转化效率。
23、2、本专利技术，掺杂在二氧化钛纳米棒中的氟元素，减小了二氧化钛材料的带隙，扩大了材料的光学响应范围，而光电阳极本身得到了明显的提升，同时依然具有良好的稳定性。
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1.一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：该制备方法需要提供一种光电阳极，包括导电基底和生长在所述导电基底表面的改性二氧化钛纳米棒，所述改性二氧化钛纳米棒为多组矩阵阵列分布；
2.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述二氧化钛纳米棒的直径为0.05-0.3微米，长度为2-5微米，所述氟元素掺杂在二氧化钛晶体中。
3.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤S1中，所述酸性试剂包括盐酸和水，所述酸性试剂的浓度为36-38％，所述含钛有机化合物包括钛酸四丁酯，所述水和酸性试剂体积比为1：1-2，所述水和含钛有机化合物的用量比为25mL：0.2-1mL。
5.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤S2中，所述水热反应的温度为150-200℃，升温至所述水热反应温度的升温速率为1-3℃/m
6.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤S3中，所述含氟溶液包括氟化铵和水，所述含氟溶液的浓度为0.01-0.2mol/L，所述浸泡在含氟溶液的时间为5-10min。
7.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤S4中，所述煅烧的温度为400-500℃，升温至所述煅烧温度的升温速率为1-3℃/min，煅烧时间为1-2h。
8.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述导电基底包括FTO导电玻璃片，所述导电玻璃片的尺寸优选为2*2.3cm，所述导电基底置于水热溶液前，还需进行预处理；
9.根据权利要求8所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤A中，所述在丙酮溶液中的清洗时间优选为1-1.5h，所述在乙醇中的清洗时间优选为30min，所述在超纯水中清洗的时间优选为30min。
10.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：该应用包括上述技术方案中，制备方法制备得到的光电阳极在光电催化水分解制氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：该制备方法需要提供一种光电阳极，包括导电基底和生长在所述导电基底表面的改性二氧化钛纳米棒，所述改性二氧化钛纳米棒为多组矩阵阵列分布；
2.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述二氧化钛纳米棒的直径为0.05-0.3微米，长度为2-5微米，所述氟元素掺杂在二氧化钛晶体中。
3.根据权利要求1所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤s1中，所述酸性试剂包括盐酸和水，所述酸性试剂的浓度为36-38％，所述含钛有机化合物包括钛酸四丁酯，所述水和酸性试剂体积比为1：1-2，所述水和含钛有机化合物的用量比为25ml：0.2-1ml。
5.根据权利要求3所述的一种氟掺杂二氧化钛光电阳极的制备方法与应用，其特征在于：所述步骤s2中，所述水热反应的温度为150-200℃，升温至所述水热反应温度的升温速率为1-3℃/min，保温时间为5-7h。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕鑫，纪铭豪，卢灿忠，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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