一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法技术

一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法，它涉及一种阳极表面负载Co3O4的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有分解水器件中使用的阳极为贵金属催化剂，方法复杂，成本高和不能普遍应用的问题。方法：一、制备TiO2浆料；二、制备阳极；三、涂覆；四、制备负载TiO2坯片的FTO导电玻璃；五、制备TiO2阳极；六、制备光敏剂；七、制备清洗后的表面负载光敏剂的TiO2阳极；八、制备Co3O4纳米粒子；九、制备Co3O4分散液；十、制备含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极；十一、合成仿生氧化还原电对；十二、浸渍，得到表面负载Co3O4的TiO2阳极。本发明专利技术可获得一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阳极表面负载Co3O4。
技术介绍
随着人类社会的不断进步，能源作为推动社会发展的物质基础，其需求量与日倶增，而随之产生的环境问题也日愈加重。氢能以其高含能，绿色环保等优点被认为是新世纪最理想能源之一。1972年，日本科学家Fujishima首次发现了以太阳能为初始能源直接分解水制氢的可能性。之后科学家们受到自然界光合作用系统IK简称光系统II)的启发并对其进行模拟，开辟出利用可见光分解水的新领域。水分解由水氧化和质子还原两反应组成，其中水氧化反应是制约光分解水研究的瓶颈因素。现有的分解水器件大多由含有贵金属钌和铱的氧化物或配合物作为水氧化催化剂和光敏剂构成，但其高昂的成本制约实际应用，因此对于廉价金属的水氧化催化剂的研究具有很重要的实际意义。在自然界的光系统II中，植物将水氧化一分子的氧气并产生四个氢正离子和四个电子。而在这一氧化过程中，电子是通过Tyr-Hisl90(络氨酸结构)作为媒介进行传递的，通过一个“质子耦合-电子还原”过程进行反应，通过模拟Tyr-Hisl90的结构和功能，合成具有相似结构的仿生电子调节剂，将其引入到处于氧化钛的光敏剂和水氧化催化剂之间，是提高水氧化效率的可行方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有分解水器件中使用的阳极为贵金属催化剂，方法复杂，成本高和不能普遍应用的问题，而提供一种T12阳极表面负载Co3O4。—种T12阳极表面负载Co3O4是按以下步骤完成的:一、制备T i O2浆料:将T i O2粉体、松油醇和乙基纤维素加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌2天?3天，再在室温下陈化2天?3天，得到Ti02楽料；步骤一中所述的T12粉体与松油醇的质量比为1:(4.5-4.7);步骤一中所述的T12粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.26?0.28);步骤一中所述的Ti02粉体与无水乙醇的质量比为1:(0.9?1);二、制备阳极:将FTO导电玻璃进行切割，得到尺寸为1.5cm X 2.5cm的FTO导电玻璃;依次使用丙酮、乙醇和去离子水分别对尺寸为1.5cm X 2.5cm的FTO导电玻璃超声清洗15min?20min，再将尺寸为1.5cmX2.5cm的FTO导电玻璃浸泡到无水乙醇中15min?20min，得到阳极；步骤二中所述的超声清洗的功率为300W?350W;三、涂覆:采用丝网印刷，将步骤一中得到的T12浆料涂覆在步骤二中得到的阳极上，再在室温下放置3min?5min，再放入到温度为90°C?100°C的干燥箱中干燥5min?8min，得到含有T12坯片的FTO导电玻璃；四、重复步骤三3次?6次，得到负载厚度为8μπι?12ymTi02坯片的FTO导电玻璃；五、将步骤四得到的负载厚度为8μπι?12ymTi02坯片的FTO导电玻璃放入到温度为320°C?330°C的马弗炉中烧结5min?8min，然后在温度为370°C?380°C下烧结5min?8min，再在温度为450°C?460°C下烧结15min?20min，最后在温度为500°C?510°C下烧结15min?20min，再自然冷却至室温，得到Ti02阳极；六、制备光敏剂Ru(bpy) 2 (bpyP03H2) (PF6)2:①、合成4，47-二羧酸-2，2'-联吡啶:将4，V-二甲基-2，7!-联吡啶溶解到质量分数为96 %?98 %的硫酸中，再在搅拌速度为300r/min?400r/min下加入K2Cr207至K2Cr207溶解到硫酸中，停止搅拌，冷却至室温，得到反应物;将反应物倒入到冰水混合物中，再进行过滤，得到沉淀物质，使用去离子水对沉淀物质进行洗涤2次?3次，再在温度为65°C?80°C下进行干燥3h?5h，得到淡黄色物质；将淡黄色物质加入到6mol/L?7mol/L的硝酸中，再在温度为100°C?110°C下搅拌反应8h?9h，得到反应液;将反应液自然冷却至室温，再倒入到温度为0°C?4°C的蒸馏水中，再进行过滤，得到过滤后的沉淀物质;依次使用蒸馏水和丙酮分别对沉淀物质清洗2次?3次，再在温度为651?801下干燥311?511，得到4，4/ -二羧酸-2,2'-联吡啶；步骤六①中所述的4，V-二甲基-2联吡啶的质量与质量分数为96%?98%的硫酸的体积比为(1.5g?2g):43mL；步骤六①中所述的K2Cr2O7的质量与质量分数为96%?98%的硫酸的体积比为(8g?9g):43mL；步骤六①中所述的质量分数为96%?98%的硫酸与6mol/L?7mol/L的硝酸的体积比为43:60;②、合成2,2:联吡啶-4二甲酸甲酯:将4，4/-二羧酸-2，2/-联吡啶加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为30(^/11^11?400r/min下加入质量分数为98%的硫酸，再在搅拌速度为300r/min?400r/min和温度为78°C?85°C下搅拌反应45h?50h，再自然冷却至室温，再加入到去离子水中，再在温度为35°C?40°C下减压蒸馏去除无水乙醇，得到反应液;再使用饱和碳酸氢钠溶液调节反应液的pH值为7?8，再进行过滤，再使用去离子水清洗过滤后得到的沉淀物质2次?4次，得到2,2'-联吡啶-4，V -二甲酸甲酯；步骤六②中所述的4，V-二羧酸-2,2,-联吡啶的质量与无水乙醇的体积比为(1.1g?I.3g):1OOmL；步骤六②中所述的4，V-二羧酸-2,2'联吡啶的质量与质量分数为98%的硫酸的体积比为(I.Ig?1.3g): 1.5mL；步骤六②中所述的4,V-二羧酸-2，联吡啶的质量与去离子水的体积比为(1.1g?I.3g):1OOmL；③、合成2，I'-联吡啶-4-二甲醇:将步骤六②得到的2，27_联吡啶_4-二甲酸甲酯加入到无水乙醇中，再加入硼氢化钠，再在温度为78°C?85°C和搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌反应3h?4h，再自然冷至室温，再使用饱和氯化铵溶液进行萃取，取萃取后得到的有机层进行减压蒸馏，去除无水乙醇，得到固体物质;将固体物质加入到去离子水中，在使用乙酸乙酯进行萃取，取有机层物质，得到萃取液;使用无水硫酸钠对萃取液进行干燥，再在温度为35°C?40°C下减压蒸馏，去除溶剂，得到2，2'-联吡啶-K -二甲醇；步骤六③中所述的2,2'-联吡啶-4,4:二甲酸甲酯的质量与无水乙醇的体积比为(0.5g?0.7g):40mL；步骤六③中所述的硼氢化钠的质量与无水乙醇的体积比为(1.6g?1.7g):40mL;步骤六③中所述的无水乙醇与饱和氯化钱溶液的体积比为1:5；步骤六③中所述的固体物质的质量与去离子水的体积比为(0.2 5 g?0.3 5 g):20mL；④、合成2，2。联吡啶-4，4。二亚甲基溴:将步骤六③得到的2,2'-联吡啶-4,(-二甲醇溶解到质量分数为40%的氢溴酸中，再加入质量分数为98 %的硫酸，再在搅拌速度为300r/min?400r/min和温度为110°C下搅拌回流6h?7h，再自然冷却至室温，得到反应液;将反应液倒入到去离子水中，再使用质量分数为48 %?50 %的氢氧化钠调节溶液的pH值为7?7.5，再进行过滤，再使用去离子水对过滤后得到的沉淀物清洗2次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法，其特征在于一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法是按以下步骤完成的：一、制备TiO2浆料：将TiO2粉体、松油醇和乙基纤维素加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌2天～3天，再在室温下陈化2天～3天，得到TiO2浆料；步骤一中所述的TiO2粉体与松油醇的质量比为1:(4.5～4.7)；步骤一中所述的TiO2粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.26～0.28)；步骤一中所述的TiO2粉体与无水乙醇的质量比为1:(0.9～1)；二、制备阳极：将FTO导电玻璃进行切割，得到尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃；依次使用丙酮、乙醇和去离子水分别对尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃超声清洗15min～20min，再将尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃浸泡到无水乙醇中15min～20min，得到阳极；步骤二中所述的超声清洗的功率为300W～350W；三、涂覆：采用丝网印刷的方法，将步骤一中得到的TiO2浆料涂覆在步骤二中得到的阳极上，再在室温下放置3min～5min，再放入到温度为90℃～100℃的干燥箱中干燥5min～8min，得到含有TiO2坯片的FTO导电玻璃；四、重复步骤三3次～6次，得到负载厚度为8μm～12μmTiO2坯片的FTO导电玻璃；五、将步骤四得到的负载厚度为8μm～12μmTiO2坯片的FTO导电玻璃放入到温度为320℃～330℃的马弗炉中烧结5min～8min，然后在温度为370℃～380℃下烧结5min～8min，再在温度为450℃～460℃下烧结15min～20min，最后在温度为500℃～510℃下烧结15min～20min，再自然冷却至室温，得到TiO2阳极；六、制备光敏剂Ru(bpy)2(bpyPO3H2)(PF6)2：①、合成4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶：将4,4′‑二甲基‑2,2′‑联吡啶溶解到质量分数为96％～98％的硫酸中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下加入K2Cr2O7至K2Cr2O7溶解到硫酸中，停止搅拌，冷却至室温，得到反应物；将反应物倒入到冰水混合物中，再进行过滤，得到沉淀物质，使用去离子水对沉淀物质进行洗涤2次～3次，再在温度为65℃～80℃下进行干燥3h～5h，得到淡黄色物质；将淡黄色物质加入到6mol/L～7mol/L的硝酸中，再在温度为100℃～110℃下搅拌反应8h～9h，得到反应液；将反应液自然冷却至室温，再倒入到温度为0℃～4℃的蒸馏水中，再进行过滤，得到过滤后的沉淀物质；依次使用蒸馏水和丙酮分别对沉淀物质清洗2次～3次，再在温度为65℃～80℃下干燥3h～5h，得到4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶；步骤六①中所述的4,4′‑二甲基‑2,2′‑联吡啶的质量与质量分数为96％～98％的硫酸的体积比为(1.5g～2g):43mL；步骤六①中所述的K2Cr2O7的质量与质量分数为96％～98％的硫酸的体积比为(8g～9g):43mL；步骤六①中所述的质量分数为96％～98％的硫酸与6mol/L～7mol/L的硝酸的体积比为43:60；②、合成2,2′‑联吡啶‑4,4′‑二甲酸甲酯：将4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下加入质量分数为98％的硫酸，再在搅拌速度为300r/min～400r/min和温度为78℃～85℃下搅拌反应45h～50h，再自然冷却至室温，再加入到去离子水中，再在温度为35℃～40℃下减压蒸馏去除无水乙醇，得到反应液；再使用饱和碳酸氢钠溶液调节反应液的pH值为7～8，再进行过滤，再使用去离子水清洗过滤后得到的沉淀物质2次～4次，得到2,2′‑联吡啶‑4,4′‑二甲酸甲酯；步骤六②中所述的4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶的质量与无水乙醇的体积比为(1.1g～1.3g):100mL；步骤六②中所述的4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶的质量与质量分数为98％的硫酸的体积比为(1.1g～1.3g):1.5mL；步骤六②中所述的4,4′‑二羧酸‑2,2′‑联吡啶的质量与去离子水的体积比为(1.1g～1.3g):100mL；③、合成2,2′‑联吡啶‑4,4′‑二甲醇：将步骤六②得到的2,2′‑联吡啶‑4,4′‑二甲酸甲酯加入到无水乙醇中，再加入硼氢化钠，再在温度为78℃～85℃和搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应3h～4h，再自然冷至室温，再使用饱和氯化铵溶液进行萃取，取萃取后得到的有机层进行减压蒸馏，去除无水乙醇，得到固体物质；将固体物质加入到去离子水中，在使用乙酸乙酯进行萃取，取有机层物质，得到萃取液；使用无水硫酸钠对萃取液进行干燥，再在温度为35℃～4...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：那永，韦沛成，周丽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23