本发明专利技术属于功能材料技术领域，公开了一种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极及制备方法。所述制备方法为：将FTO导电玻璃进行超声预处理，然后放入去离子水、盐酸和钛酸四丁酯的混合溶液中，150～200℃水热反应制备TiO2纳米棒阵列；然后将其在氢气和氩气混合气氛下退火，退火温度为300～500℃，得到氢化TiO2纳米棒阵列电极；再将其放入去离子水、盐酸和三氯化钛溶液配成的混合溶液中，60～100℃反应0.5～3h，得到分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极。本发明专利技术的制备方法操作简单，时间短，所用原料廉价易得，制备成本低，所得电极的光电性能大大改善，在光催化分解水制氢领域具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能材料
，具体涉及。
技术介绍
随着人类社会发展，能源问题越来越严重，人们迫切需要寻找可以替换非再生能源的清洁能源。氢气热值高，储量大，无污染、可再生，因此，氢能作为一种清洁能源被人们寄予厚望。在电解水、太阳能分解水、生物制氢及化工、冶金等流程制氢等方法中，太阳能分解水因价格低、无污染、可持续利用，被认为是一种理想的制氢方法。在诸多光催化材料中，1102具有良好的光催化性能、光电转化性能、光稳定性和化学稳定性，在光电转换、光催化等领域有着广阔的应用前景。1972年，日本学者Fujishima和Honda (Nature，238 (1972)，37)在nature杂志上发表有关半导体二氧化钛单晶电极在紫外光的作用下把H20分解成为比和02的论文以来，开辟了人类对太阳能转化利用的新纪元。目前，对于一维结构的Ti02纳米棒而言，许多研究工作者采用水热方法制备出金红石相Ti02纳米棒阵列材料。但是金红石相纳米棒阵列由于能带隙大且光生电子复合率大，制备出的材料在可见光和紫外光福照下光生电子效率低，因此产氢性能也较差。Hong Zhu(Applied Surface Science，257 (2011)，10494)采用水热方法制备了分支状纳米棒结构材料，分支状纳米棒阵列与纳米棒阵列相比，具有较好的光催化降解性能。如何在分支纳米棒的基础上进一步提高打02纳米棒阵列的光电性能，从而提高产氢效率是一个重要的课题，这一问题的解决为制备具有较高制氢性能的材料具有重要意义。2011 年 Xiaobo Chen (Science，331 (2011)，746)报道，在氢气气氛 200 °C 下 Ti02纳米颗粒退火5天后，制得氢化处理的Ti02，与未经氢化处理的样品相比，制备出的样品具有较好的降解亚甲基蓝能力，同时分解水制氢性能稳定。Gongming Wang (Nano Letters，11 (2011)，3026)也经过氢化处理制备出氢化的Ti02纳米线阵列，与未经氢化处理的1102纳米线阵列相比，氢化后的样品具有较好的光电化学性质。我们前期也申请中国专利技术专利(CN104316581A)，公开了以氢化的二氧化钛纳米棒阵列制备化学传感器电极，该电极可利用可见光进行光电催化的转化，从而测定水溶液中的化学需氧量，其性能比没有氢化的大大提高。由此可见，采用氢化过程处理Ti02为光催化降解和分解水制氢的发展提供了新的方向，但目前效率还很低，特别是分解水制氢方面研究报道很少。本专利技术设计一种分支结构的氢化Ti02纳米棒阵列，作为光催化制氢的电极，该过程操作简单，光电性能大大得到提高。目前把分支结构与氢化处理结合在一起，制备一种分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列还未见国内外报道。
技术实现思路
基于以上现有技术，本专利技术的首要目的在于提供一种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极。本专利技术目的通过以下技术方案实现:—种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极的制备方法，包括以下制备步骤:(1)超声预处理氟掺杂的Sn02透明导电玻璃，得到预处理后的FT0导电玻璃；(2)水热法制备Ti02纳米棒阵列:将去离子水、盐酸和钛酸四丁酯配成混合溶液，再将预处理后的FT0导电玻璃放入上述混合溶液中，150?200°C水热反应4?9h，得到表面含有打02纳米棒阵列的导电玻璃；(3)氢化二氧化钛纳米棒阵列电极制备:将步骤(2)得到的表面含有Ti02纳米棒阵列的导电玻璃在管式炉中氢气和氩气体积比为1: (3?5)的气氛下退火，退火温度为300?500°C，然后自然降温至室温，即得到氢化二氧化钛纳米棒阵列电极；(4)分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极制备:将去离子水、盐酸和三氯化钛溶液配成混合溶液，将步骤(3)得到的氢化二氧化钛纳米棒阵列电极放入此混合溶液中，60?100°C反应0.5?3h，得到分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极。优选地，步骤(1)中所述的超声预处理是指依次放入丙酮、去离子水和乙醇中超声清洗预处理。优选地，步骤(2)中所述的盐酸是指质量浓度为36%?38%的浓盐酸，所述混合溶液中去离子水、浓盐酸和钛酸四丁酯的质量比为100: (50?200): (2?4);更优选的，所述去离子水、盐酸和钛酸四丁酯的质量比为100: (80?120): (2?3)。优选地，所述水热反应的温度为160?180°C，时间为5?8h。优选地，步骤(3)中所述退火的升温速率为5°C /min，时间1?2h。所述退火的温度优选为350?400 °C。优选地，步骤(4)中所述盐酸的质量浓度为36%?38%，所述三氯化钛溶液的质量浓度为15%?20% ;所述混合溶液中去离子水、浓盐酸和三氯化钛溶液的质量比为100: (0.05 ?0.2): (0.5 ?2)。步骤⑷中所述反应的时间优选为1?2h。—种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极，通过以上方法制备得到。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果:(1)本专利技术采用钛酸四丁酯和三氯化钛作为钛源，直接制备出分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极，方法简便，操作步骤简单；氢化和分支操作过程简便，条件相对温和，易于控制；实验制备过程中，除反应物质外，无其他杂质引入，清洗简单，环境污染小；(2)在0V (相对Ag/AgCl)偏压下，本专利技术最佳条件下制备的分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极的光电流是4.2mA cm 2，高于氢化的二氧化钛纳米棒阵列电极的光电流(2.83mA cm 2)。【附图说明】图1为实施例1中得到的分支状异相氢化二氧化钛纳米棒的Sffl(扫描电子显微镜)图，其中图1A是正面图，放大倍数为3万倍，图中标尺为200nm;图1B是侧面图，放大倍数为2.5万倍，图中标尺为500nm ;图2为实施例2中得到的氢化的二氧化钛纳米棒阵列和分支状异相氢化二氧化钛纳米棒的TEM(透射电子显微镜)图，其中图2A?C是氢化的二氧化钛纳米棒阵列的TEM图，纳米棒表面存在无序层；图2D-F是分支状异相氢化二氧化钛纳米棒的TEM图，此分支表面不存在无序层；图3为实施例3中得到的分支状异相氢化二氧化钛纳米棒的XRD(X射线衍射)图，其中(110)，(101)，(002)都是1102金红石晶相结构;图4为实施例4中得到的分支状异相氢化二氧化钛纳米棒的紫外光下线性扫描伏安图，测试条件为:参比电极是Ag/AgCl ;测试光电流溶液是1M NaOH溶液，光源是Xe灯(模拟太阳光)。【具体实施方式】下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)将2cmX5cm的FT0导电玻璃依次放入丙酮、去离子水和乙醇中超声清洗，然后晾干备用。(2)室温下，在聚四氟乙烯内衬中，将去离子水50g、浓盐酸(36.5wt%)59g混合搅拌5min，再将1.2g钛酸四丁酯加入混合溶液中搅拌5min，形成质量比是100:118:2.4的水热制备二氧化钛纳米棒的前驱液。将2片洗净的FT0导电玻璃片放入聚四氟乙烯内衬中，玻璃片斜向下放入，且导电面朝下。将水热釜封好之后放到烘箱内进行水热反应，反本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分枝状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)超声预处理氟掺杂的SnO2透明导电玻璃，得到预处理后的FTO导电玻璃；(2)水热法制备TiO2纳米棒阵列：将去离子水、盐酸和钛酸四丁酯配成混合溶液，再将预处理后的FTO导电玻璃放入上述混合溶液中，150～200℃水热反应4～9h，得到表面含有TiO2纳米棒阵列的导电玻璃；(3)氢化二氧化钛纳米棒阵列电极制备：将步骤(2)得到的表面含有TiO2纳米棒阵列的导电玻璃在管式炉中氢气和氩气体积比为1:(3～5)的气氛下退火，退火温度为300～500℃，然后自然降温至室温，即得到氢化二氧化钛纳米棒阵列电极；(4)分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极制备：将去离子水、盐酸和三氯化钛溶液配成混合溶液，将步骤(3)得到的氢化二氧化钛纳米棒阵列电极放入此混合溶液中，60～100℃反应0.5～3h，得到分支状异相氢化二氧化钛纳米棒阵列电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭峰，王秀杰，张声森，王红娟，余皓，张山青，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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