二氧化钛复合材料及其制备方法、光阳极及光阳极的应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛复合材料及其制备方法、光阳极及光阳极的应用，该二氧化钛复合材料包括二氧化钛载体，硫化亚铜和硫化镉；硫化亚铜和硫化镉负载于二氧化钛载体表面。其制备方法包括硫化镉的负载和硫化亚铜的负载。本发明专利技术的制备方法具有操作工艺简单，负载量容易控制的优点，制备的二氧化钛复合材料具有制备工艺简单，能产生较高的光生电流且光电转化效率高，光响应迅速且光响应程度范围广，耐腐蚀性强，稳定性好等优点。本发明专利技术的光阳极包括二氧化钛复合材料，可用于光电催化裂解水制氢，具有稳定性强，使用寿命长，光响应程度高，光生电流大，光电催化裂解水的能力强，光电转换的效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电化学领域，涉及一种二氧化钛复合材料及其制备方法、光阳极及光阳极的应用，具体涉及一种硫化亚铜和硫化镉共同负载的二氧化钛复合材料及其制备方法、光阳极及光阳极在光电催化裂解水制氢中的应用。
技术介绍
由于地球化石能源的大量开采和使用，造成严重的环境污染，这种情况对公共健康和生态环境造成了严重的危害。并且化石能源是不可再生的。因此，面对人类越来越大的能源需求，寻求可替代化石能源的新能源已经成为一种未来发展的新趋势。而在这些新能源中，氢能作为一种清洁能源，得到的广泛的重视，它能够有效的解决由于化石能源的使用所带来的环境污染问题。而目前的产氢方法有很多，包括电催化产氢，光催化产氢，生物制氢，光电化学催化产氢。相对于其他的产氢方式，光电化学产氢具有独特的优势，一方面采用的是光电极材料，有利于材料的回收以及重复利用；另一方面适当的电能的加入能够有效的促进光电反应过程中的光生电子和空穴的分离，减少复合，提高可用于裂解水的光生电子的数量，提高产氢率。二氧化钛作为一种光阳极材料，已经得到了广泛的研究与应用。但是该种材料由于所具有的宽能带，导致只能吸收紫外光区的能量，大大降低了光能的利用率。因此需要采用一定的技术措施，将二氧化钛的光响应区域延伸到可见光区。目前采用较多的改进方法有负载贵重金属，非金属元素的杂化，多种半导体材料的复合与杂化等。但是目前存在的多种半导体材料的复合多数需要采用较为复杂的技术手段，对装置要求较高，并且半导体的负载量不容易控制，反而由于负载量过多从而导致光电性能下降。同时，半导体材料的负载还存在光腐蚀现象，使得制备的催化剂的稳定性不高，使用寿命很短，大大降低了催化剂的使用效率。因此寻找一种操作工艺简单，负载量容易控制，并且稳定性高，光电性能高的二氧化钛复合材料的制备方法是目前需要解决的一个重要的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单，能产生较高的光生电流且光电转化效率高，光响应迅速且光响应程度范围广，耐腐蚀性强，稳定性好的二氧化钛复合材料，还提供了一种操作工艺简单，负载量容易控制的二氧化钛复合材料的制备方法，以及一种包括二氧化钛复合材料的光阳极及光阳极在光电催化裂解水制氢中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种二氧化钛复合材料，所述二氧化钛复合材料包括二氧化钛载体、硫化亚铜和硫化镉；所述硫化亚铜和硫化镉负载于所述二氧化钛载体表面。上述的二氧化钛复合材料，优选的，二氧化钛载体为二氧化钛纳米棒。进一步优选的，所述二氧化钛纳米棒为枝状二氧化钛纳米棒。本专利技术优选的枝状二氧化钛纳米棒包括主干纳米棒，在所述主干纳米棒表面分布有分枝状结构纳米棒。进一步优选的，所述主干纳米棒的长度为1.5μm～2.0μm，所述主干纳米棒的直径为40nm～60nm；所述分枝状结构纳米棒的长度为50nm～150nm，所述分枝状结构纳米棒的直径为10nm～15nm。上述的二氧化钛复合材料，优选的，二氧化钛载体为二氧化钛纳米棒阵列。上述的二氧化钛复合材料，优选的，组成所述二氧化钛纳米棒阵列为二氧化钛纳米棒。上述的二氧化钛复合材料，优选的，所述二氧化钠纳米棒阵列采用以下方法制备得到：将水和浓盐酸混合均匀，加入钛酸四丁酯，充分混合后加入到含有衬底的反应釜中，于160℃～180℃下反应4h～8h，得到二氧化钛纳米棒阵列。进一步优选的，所述衬底为FTO导电玻璃。上述的二氧化钛复合材料，优选的，上述二氧化钛纳米棒阵列制备过程中，所述钛酸四丁酯、水和浓盐酸的体积比为0.6～1∶20～30∶20～30。上述的二氧化钛复合材料，优选的，上述二氧化钛纳米棒阵列制备过程还包括FTO导电玻璃的预处理步骤：将FTO导电玻璃浸入到浓度为0.1mol/L～0.2mol/L的四氯化钛溶液中于60℃～80℃中反应30min～60min，用氮气吹干，于马弗炉中400℃～450℃烧结30min～60min。本专利技术中，FTO导电玻璃的预处理的目的是为了让二氧化钛纳米棒垂直的生长的FTO导电玻璃上。上述的二氧化钛复合材料，优选的，所述四氯化钛溶液采用的6～9ml四氯化钛逐滴加入到450～500ml水，并于冰水浴中搅拌而成。上述的二氧化钛复合材料，优选的，二氧化钛载体为枝状二氧化钛纳米棒阵列。上述的二氧化钛复合材料，优选的，组成所述枝状二氧化钛纳米棒阵列为枝状二氧化钛纳米棒。进一步优选的，枝状二氧化钛纳米棒包括主干纳米棒，在所述主干纳米棒表面分布有分枝状结构纳米棒。进一步优选的，所述主干纳米棒的长度为1.5μm～2.0μm，所述主干纳米棒的直径为40nm～60nm；所述分枝状结构纳米棒的长度为50nm～150nm，所述分枝状结构纳米棒的直径为10nm～15nm。上述的二氧化钛复合材料，优选的，所述枝状二氧化钛纳米棒阵列采用以下制备方法制备得到：将水和浓盐酸混合均匀，加入钛酸四丁酯，充分混合后加入到含有衬底的反应釜中，于160℃～180℃下反应4h～8h，得到二氧化钛纳米棒阵列；将所述二氧化钛纳米棒阵列浸入到四氯化钛溶液中，于20℃～30℃下反应18h～24h，得到枝状二氧化钛纳米棒阵列。进一步优选的，所述衬底为FTO导电玻璃。上述的二氧化钛复合材料，优选的，上述枝状二氧化钛纳米棒阵列制备过程中，所述钛酸四丁酯、水和浓盐酸的体积比为0.6～1∶20～30∶20～30。上述的二氧化钛复合材料，优选的，上述枝状二氧化钛纳米棒阵列制备过程中所述四氯化钛溶液的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。上述的二氧化钛复合材料，优选的，上述枝状二氧化钛纳米棒阵列制备过程还包括FTO导电玻璃的预处理步骤：将FTO导电玻璃浸入到浓度为0.1mol/L～0.2mol/L的四氯化钛溶液中于60℃～80℃中反应30min～60min，用氮气吹干，于马弗炉中400℃～450℃烧结30min～60min。本专利技术中，FTO导电玻璃的预处理的目的是为了让二氧化钛纳米棒垂直的生长的FTO导电玻璃上。上述的二氧化钛复合材料，优选的，所述四氯化钛溶液采用的6～9ml四氯化钛逐滴加入到450～500ml水，并于冰水浴中搅拌而成。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将二氧化钛载体依次浸入到硝酸镉溶液和硫化钠溶液中，使硫化镉负载在二氧化钛载体表面，得到硫化镉负载的二氧化钛复合材料；S2、将所述硫化镉负载的二氧化钛复合材料依次浸入到氯化亚铜溶液和硫化钠溶液中，使硫化亚铜负载在硫化镉负载的二氧化钛复合材料表面，得到硫化亚铜和硫化镉共同负载的二氧化钛复合材料。上述制备方法中，优选的，所述步骤S1的具体步骤为：S1-1、负载硫化镉：将二氧化钛载体浸入到硝酸镉溶液中，保持5min～10min；将二氧化钛载体取出，继而浸入到硫化钠溶液中，保持5min～10min；S1-2、制备硫化镉负载的二氧化钛复合材料：重复步骤S1-1中负载硫化镉的过程1～11次，得到硫化镉负载的二氧化钛复合材料。上述制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述硝酸镉溶液的浓度为0.08mol/L～0.12mol/L。上述制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述硫化钠溶液的浓度为0.08mol/L～0.12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛复合材料，其特征在于，所述二氧化钛复合材料包括二氧化钛载体、硫化亚铜和硫化镉；所述硫化亚铜和硫化镉负载于所述二氧化钛载体表面。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛复合材料，其特征在于，所述二氧化钛复合材料包括二氧化钛载体、硫化亚铜和硫化镉；所述硫化亚铜和硫化镉负载于所述二氧化钛载体表面。2.一种如权利要求1所述的二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将二氧化钛载体依次浸入到硝酸镉溶液和硫化钠溶液中，使硫化镉负载在二氧化钛载体表面，得到硫化镉负载的二氧化钛复合材料；S2、将所述硫化镉负载的二氧化钛复合材料依次浸入到氯化亚铜溶液和硫化钠溶液中，使硫化亚铜负载在硫化镉负载的二氧化钛复合材料表面，得到硫化亚铜和硫化镉共同负载的二氧化钛复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：S1-1、负载硫化镉：将二氧化钛载体浸入到硝酸镉溶液中，保持5min～10min；将二氧化钛载体取出，继而浸入到硫化钠溶液中，保持5min～10min；S1-2、制备硫化镉负载的二氧化钛复合材料：重复步骤S1-1中负载硫化镉的过程1～11次，得到硫化镉负载的二氧化钛复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：S2-1、负载硫化亚铜：将所述硫化镉负载的二氧化钛复合材料浸入到氯化亚铜溶液中，保持30s～60s；将所述硫化镉负载的二氧化钛复合材料取出，继而浸入到硫化钠溶液中，保持30s～60s；S2-2、制备硫化亚铜和硫化镉共同负载的二氧化钛复合材料：重复步骤S2-1中负载硫化亚铜的过程2～10次，得到硫化亚铜和硫化镉共同负载的二氧化钛复合材料。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，邓垚成，曾光明，王佳佳，周耀渝，王敬敬，汤晶，方伟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43