本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、合理優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，尋找和開發(fā)各種可持續(xù)綠色能源體系，已成為世界各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)之一。太陽(yáng)能作為地球上資源最豐富的清潔的可再生資源，如何有效利用太陽(yáng)能一直是科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)；水作為地球上最豐富的另一種自然資源之一，只有氫和氧兩種元素組成，且氫氣燃燒過程中只有水的產(chǎn)生。因而，借助太陽(yáng)能使水分解來(lái)制備“綠氫”實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的理想的途徑之一。

2、光電催化(photoelectrocatalytic，pec)水分解技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料作為光電極在太陽(yáng)能的驅(qū)動(dòng)下將水分解為氫氣和氧氣，是一種將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為氫氣能源的方法。由于發(fā)生在光陽(yáng)極上的析氧反應(yīng)相較于發(fā)生在光陰極上的析氫反應(yīng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)遲緩的過程，是水分解的主要限制因素。迄今為止，科學(xué)家們?cè)陂_發(fā)光陽(yáng)極方面做了大量嘗試，并獲得相當(dāng)程度的成效。二氧化鈦(tio2)作為眾多過渡金屬氧化物中的一種重要的n型半導(dǎo)體材料，因具有穩(wěn)定性高、帶邊位置適當(dāng)、無(wú)毒和廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)而成為光陽(yáng)極材料的重要候選。

3、目前關(guān)于二氧化鈦光陽(yáng)極的主要制備技術(shù)的介紹如下：

4、(1)通過水熱法或溶劑熱法在導(dǎo)電玻璃或者鈦金屬片基底上生長(zhǎng)tio2前驅(qū)體薄膜，該過程通常需要數(shù)小時(shí)并需要數(shù)種化學(xué)試劑；隨后經(jīng)過馬弗爐等熱處理設(shè)備對(duì)前驅(qū)體薄膜進(jìn)行熱處理，該過程通常也需數(shù)小時(shí)(例如公開號(hào)為cn115418668a的發(fā)明專利以及文獻(xiàn)nano?lett.2011,11,3026-3033)；

5、(2)將鈦金屬片插入到含氟的電解質(zhì)溶液中，通過陽(yáng)極氧化技術(shù)使鈦金屬片表面發(fā)生氧化，而后通過數(shù)小時(shí)后的高溫處理來(lái)獲得二氧化鈦光陽(yáng)極(例如公開號(hào)為cn116139843a的發(fā)明專利以及文獻(xiàn)electrochimica?acta,2013,107,313-319)；

6、(3)通過旋涂技術(shù)將含有鈦的溶液沉積到導(dǎo)電玻璃等襯底上，再經(jīng)過溶膠的干燥、高溫?zé)崽幚磉^程獲得二氧化鈦光陽(yáng)極(例如文獻(xiàn)acs?appl.nano?mater.2020,3,1,131-137)。

7、以上方法大多需要較長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崽幚怼⒒蛘叨喾N化學(xué)試劑的使用、或使用到具有高危害性的含氟溶液。因此亟需尋找更為高效安全的二氧化鈦光陽(yáng)極制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法及其應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法，具體步驟如下：

4、s1.將鈦金屬片剪切成長(zhǎng)方形，鈦金屬片的厚度為0.2mm，寬度為15mm，長(zhǎng)度為25mm；

5、s2.清洗鈦金屬片，依次用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10～30分鐘，從而去除表面油污和有機(jī)物等；

6、s3.將清洗后的鈦金屬片在50℃到80℃溫度范圍內(nèi)干燥4-6小時(shí)；

7、s4.將干燥后的鈦金屬片放置在電熱裝置中，在50到100伏的電壓下通電20-30秒，即完成第一步電熱處理；

8、s5.使s4步驟中的鈦金屬片和電熱裝置自然冷卻至室溫；

9、s6.將冷卻后的鈦金屬片繼續(xù)放置在電熱裝置中，在50到100伏的電壓下再次通電20-30秒，即完成第二步電熱處理；完成兩步電熱制備過程后鈦金屬片表面即可因電熱的作用而被空氣中的氧氣所氧化生成納米二氧化鈦的薄層，該被電熱氧化后鈦金屬片即為所制備的納米二氧化鈦光陽(yáng)極，可用于光電催化水分解等太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光電催化體系。

10、進(jìn)一步地，所述電熱裝置包括絕緣塊，所述絕緣塊上設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的金屬u型夾，兩個(gè)金屬u型夾的開口端相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)金屬u型夾之間設(shè)置有石墨氈，石墨氈的兩端均通過螺栓結(jié)構(gòu)固定于金屬u型夾的內(nèi)側(cè)表面；

11、金屬u型夾的兩個(gè)封閉端部通過導(dǎo)線連接，且導(dǎo)線上設(shè)置有電源和開關(guān)；

12、使用時(shí)，鈦金屬片放置于石墨氈上進(jìn)行電熱處理。

13、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述制備方法制得的納米二氧化鈦光陽(yáng)極在光電化學(xué)池催化水分解反應(yīng)中的應(yīng)用，具體的，將上述制備的納米二氧化鈦光陽(yáng)極插入到1mol/l的氫氧化鉀水溶液中，在三電極測(cè)試配置和間斷的光照條件下進(jìn)行光電催化水分解反應(yīng)。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、本發(fā)明使用兩步電熱的方式直接快速的在鈦金屬片上生長(zhǎng)納米二氧化鈦光陽(yáng)極，具有便捷高效的特點(diǎn)，可以大幅度縮短二氧化鈦光陽(yáng)極的制備時(shí)間、可避免過多使用化學(xué)試劑。

技術(shù)特征：

1.納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法，其特征在于，步驟s1中剪切后的鈦金屬片的厚度為0.2mm，寬度為15mm，長(zhǎng)度為25mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法，其特征在于，步驟s3中干燥參數(shù)：在50℃到80℃溫度范圍內(nèi)干燥4-6小時(shí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法，其特征在于，所述電熱裝置包括絕緣塊，所述絕緣塊上設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的金屬u型夾，兩個(gè)金屬u型夾的開口端相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)金屬u型夾之間設(shè)置有石墨氈，石墨氈的兩端均通過螺栓結(jié)構(gòu)固定于金屬u型夾的內(nèi)側(cè)表面；

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法制得的納米二氧化鈦光陽(yáng)極在光電化學(xué)池催化水分解反應(yīng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種納米二氧化鈦光陽(yáng)極的兩步快速電熱制備方法及其應(yīng)用，屬于新能源材料領(lǐng)域，制備步驟如下：將鈦金屬片剪切成長(zhǎng)方形，依次用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗，干燥，放置在電熱裝置中，在50到100伏的電壓下通電20?30秒，即完成第一步電熱處理；自然冷卻；繼續(xù)放置在電熱裝置中，在50到100伏的電壓下再次通電20?30秒，即完成第二步電熱處理，制得所述納米二氧化鈦光陽(yáng)極。本發(fā)明使用兩步電熱的方式直接快速的在鈦金屬片上生長(zhǎng)納米二氧化鈦光陽(yáng)極，具有便捷高效的特點(diǎn)，可以大幅度縮短二氧化鈦光陽(yáng)極的制備時(shí)間、可避免過多使用化學(xué)試劑。

技術(shù)研發(fā)人員：馬自力,李則宇,羅偉浩,劉昊然,呂珺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24