專利名稱：一種制備PbO₂修飾TiO₂納米管電極的方法
技術領域：
本發明涉及一種一種制備1 修飾TiO2納米管電極的方法，特別是涉及一種制備 PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的方法。
背景技術：
二氧化鈦(TiO2)是一種重要的無機半導體功能材料，具有濕敏、氣敏、介電效應、 光電轉化及優越的光催化性能等特性，在傳感器、介電材料、自清潔材料、太陽能電池、光催化降解污染物等高科技領域有著重要的應用前景，已成為國內外競相研究的熱點之一。與一般的納米TiO2粉末相比，TiA納米管的特殊結構使其具有更大的比表面積和更強的吸附能力，有望表現出更好的光催化性能和更高的光電轉化效率。TiO2在光照射下，當能量大于或等于TiA帶隙能的光照射TiA時，TiO2吸收光子產生電子-空穴對，經過禁帶向來自溶液或氣相且吸附在其表面的物種轉移電荷。空穴奪取顆粒表面吸附物或溶劑中的電子，與供給電子的物種結合，使該物種(常為有機污染物) 被氧化，電子受體(通常是水溶液中的氧)接受表面電子被還原。在使用過程中的缺點是電子-空穴在表面和內部可以發生簡單復合，降低其光催化效率。光電催化氧化技術是外加一定的陽極偏壓，將光激發產生的電子通過外電路驅趕到反向電極上，從而實現與空穴(載流子)的有效分離，這一電場增強效應明顯地減少了電子-空穴的簡單復合。這一過程稱為光電協同催化氧化，即光電催化氧化技術。在鈦基底上生長的TiA納米管光催化劑，可以在外加電壓的輔助作用下減少光生電子-空穴的簡單復合，很大程度上提高了 TiA的催化效率。然而，該TiO2納米管電極僅有一面可接受光照，在不增加光源的前提下，它只發揮了電極一面的催化能力。于是，設想將一類具有電催化活性的物質負載在該電極背光的一面，在相同的外加電壓下可產生對有機物的電催化作用，既可以充分利用能源，又提高了 TiO2納米管電極的總體催化效率。PbO2 是一種性能優良的電催化劑，由其制備的電極在水溶液中電解時具有析氧電位高、氧化能力強、耐蝕性好等特征，目前已應用于無機和有機化合物電解生產、環境污染控制。

發明內容
本發明的目的在于提供一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法。這種方法可以制得致密1 層修飾的TiA納米管電極，用于光電催化氧化有機物具有良好的降解效
: O本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種制備1 修飾TW2納米管電極的方法，所述制備方法包括以下步驟 (I)Ti基片的預處理將純鈦片裁成50 mmX60 mm的小片，依次經600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃 HNO3, H20按1:4:5的體積比制成化學拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產生；之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用；(2)TiO2納米管電極的制備采用量程為0-30V的穩壓穩流電源，陽極為鈦片，鉬網作陰極，電解液為0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04調節；陽極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進行；制得的鈦片樣品經蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h；
(3)PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的制備將制得的TW2納米管電極浸沒在0. 05 mol/L Pb (NO3)2禾口 0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用HNO3調節至2，以直流穩壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度，分別在不同時間下將1 沉積在TW2 納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封； 沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極；控制沉積電流密度、沉積時間可以制得不同厚度和結構1 層的雙功能電極。所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，所述的將TiA納米管電極浸入到PH為2的0.05 mol/L Pb (NO3) 2和0. 001 mol/L NaF的電解質溶液中，在外加電壓下， 利用電沉積法將1 沉積在TW2納米管電極的另一面；自然晾干，制得PbO2-TW2納米管/ TiAiO2納米管雙功能電極；重復上述的步驟，控制沉積電流，沉積時間，得到不同厚度和結構1 的雙功能電極。所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，所述重復上述的步驟，在沉積電流密度30 mA/cm2、沉積時間60分鐘時，得到的1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極催化能力最佳。 本發明的優點與效果是
本發明以PH為3的0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液為電解質，在2(Γ25 V的電壓下，采用陽極氧化法在Ti基片上制備TW2納米管，經500°C熱處理后的TW2納米管；將制得的TiO2納米管電極浸沒在0.05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用 HNO3調節至2，以直流穩壓電源控制外加在TiO2納米管電極上的電流密度，分別在不同時間下將1 沉積在TW2納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上PbO2,采用石蠟將不沉積的一面密封。沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極。控制沉積電流密度、沉積時間可以制得不同厚度和結構1 層的雙功能電極。本發明在陽極氧化法制得的TiA納米管電極的一面沉積上PbA 層，將1 的電催化與TiA納米管的光催化結合起來，制備I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極，提高降解有機物的能力。


圖1為電沉積電流密度10 mA/cm2,
電沉積時間60 min的雙功能電極的SEM圖
圖2為電沉積電流密度30 mA/cm2, 圖3為電沉積電流密度60 mA/cm2, 圖4為電沉積電流密度30 mA/cm2, 圖5為電沉積電流密度30 mA/cm2,
電沉積時間60 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時間60 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時間20 min的雙功能電極的SEM圖電沉積時間180 min的雙功能電極的SEM圖
圖6為不同電極的電催化和光電催化甲基橙的降解率t
下面參照附圖對本發明進行詳細說明。實施例1
將純鈦片裁成50 mmX60 mm的小片，依次經600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明
顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃ΗΝ03，Η20按1:4:5的體積比制成化學拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產生。之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用。采用量程為0-30V的穩壓穩流電源，陽極為鈦片，鉬網作陰極，電解液為0.5 wt%NH4F*0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及&S04調節。陽極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進行。制得的鈦片樣品經蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h。將制得的TiA納米管電極浸沒在0. 05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的溶液中，PH值用HNO3調節至2，以直流穩壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度， 分別在不同時間下將1 沉積在TiO2納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上 1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封。沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干， 制得1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極。控制沉積電流密度、沉積時間可以制得不同厚度和結構1 層的雙功能電極。制得電極的表面形貌見附圖廣5。采用三電極系統測試I^bO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的光電催化性能，以0. 1 mol/L的NaNO3溶液為電解質，氙燈平行光源為模擬太陽光源，RST3000型電化學工作站為電源，在自制石英反應器中，以制備的1 -!! 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極為工作電極，鉬網為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極的三電極系統降解甲基橙(M0)， 濃度為20 mg/L，外加偏壓為800 mV，降解時間為3 h。不同催化過程下1 -!! 納米管/ TiAiO2納米管雙功能電極降解甲基橙的效率見附圖6。測試結果表明采用光電催化氧化甲基橙效果明顯，沉積電流密度為30 mA/cm2時， 甲基橙降解效果最佳；隨著沉積時間增加，甲基橙降解率增加，但是沉積時間為60分鐘時， 甲基橙降解效果最佳；相比于未修飾的TiO2納米管電極，PbO2修飾的I^o2-TiA納米管/Ti/ TiO2納米管雙功能電極對甲基橙的降解率提高了近10 %，降解180分鐘后可達到91 %。
權利要求
1.一種制備1 修飾TW2納米管電極的方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟(1)Ti基片的預處理將純鈦片裁成50mmX60 mm的小片，依次經600#、1000#的金剛砂紙打磨至看不到明顯劃痕，再依次在蒸餾水，丙酮中超聲浸漬清洗10分鐘，最后將HF，濃 HNO3, H20按1:4:5的體積比制成化學拋光液，將清洗好的鈦片放入拋光液中浸泡1分鐘直到看不到明顯氣泡產生；之后用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥備用；(2)TiO2納米管電極的制備采用量程為0-30V的穩壓穩流電源，陽極為鈦片，鉬網作陰極，電解液為0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04調節；陽極氧化電壓范圍為20-25 V，極化時間為60-120 min，在磁力攪拌下室溫進行；制得的鈦片樣品經蒸餾水清洗，于空氣中干燥后，置于馬弗爐中，于空氣氛圍中500 °C下煅燒3 h；(3)PbO2-TiO2納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極的制備將制得的TW2納米管電極浸沒在0. 05 mol/L Pb (NO3)2禾口 0. 001 mol/L NaF的溶液中，pH值用HNO3調節至2，以直流穩壓電源控制外加在TW2納米管電極上的電流密度，分別在不同時間下將1 沉積在TW2 納米管電極的一面，為了避免電極的另一面被沉積上1 ，采用石蠟將不沉積的一面密封； 沉積完成后，用氯仿將石蠟溶解，在空氣中自然晾干，制得I^bO2-TiA納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極；控制沉積電流密度、沉積時間可以制得不同厚度和結構1 層的雙功能電極。
2.根據權利要求1所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，其特征在于，所述的將TiO2納米管電極浸入到pH為2的0. 05 mol/L Pb (NO3)2和0. 001 mol/L NaF的電解質溶液中，在外加電壓下，利用電沉積法將1 沉積在TiO2納米管電極的另一面；自然晾干，制得1 -!! 納米管/Ti/Ti02納米管雙功能電極；重復上述的步驟，控制沉積電流，沉積時間，得到不同厚度和結構1 的雙功能電極。
3.根據權利要求1所述的一種制備1 修飾TiA納米管電極的方法，其特征在于，所述重復上述的步驟，在沉積電流密度30 mA/cm2、沉積時間60分鐘時，得到的1 -!! 納米管/Ti/TiA納米管雙功能電極催化能力最佳。
全文摘要
本發明公開了一種PbO2修飾TiO2納米管電極的方法。該方法的步驟(1)采用陽極氧化法在Ti基片上制備TiO2納米管；(2)以pH為2的0.05mol/LPb(NO3)2和0.001mol/LNaF的溶液為電解質，在外加電壓為1.5V，利用電沉積法將PbO2沉積在TiO2納米管電極的另一面；(3)自然晾干，制得PbO2-TiO2納米管/Ti/TiO2納米管雙功能電極。(4)控制沉積電流密度，沉積時間可以得到不同厚度和結構PbO2的雙功能電極。本發明充分利用了TiO2納米管電極背光一面，將光催化與電催化結合起來，可以顯著提高電極的光電催化氧化能力。
文檔編號C25D9/04GK102534718SQ20121000881
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者劉東斌, 寧志高, 李士鳳, 李飛, 樊麗輝, 申延明 申請人:沈陽化工大學