一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极、光电协同催化反应装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于水果保鲜储藏领域，公开了一种Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极和基于Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的光电协同催化反应装置及其应用。本发明专利技术将Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO体系作为光电极，通过Ag对TiO2薄膜进行掺杂改性，然后再在N2大气压下等离子体处理，原位掺杂N形成的新物相，同时将半导体光催化氧化法与电化学法结合产生协同效应，可显著提高催化过程的量子效率，将其应用于水果保鲜时效果比单一的光催化、电催化效果均有明显提升，C2H4光电协同催化降解的一极动力学反应速率常数从不加电压的6.86×10‑4(min‑1)上升到9.06×10‑4(min‑1)，提升幅度为32％。

A Ag-TiO2/Ti (NO2) /ITO photoelectrode and photoelectric synergistic catalytic reaction device and its application

The invention belongs to the field of fruit preservation and storage, and discloses a photoelectric CO catalytic reaction device based on Ag TiO2/Ti (NO2) /ITO photopole and Ag TiO2/Ti (NO2) /ITO photoelectric pole and its application. In this invention, the Ag TiO2/Ti (NO2) /ITO system is used as the photoelectric pole, the TiO2 film is doped by Ag, then the plasma is treated at N2 atmospheric pressure, and the new phase is doped by N in situ, and the synergistic effect is produced by combining the semiconductor photocatalytic oxidation method with the electrochemical method. The quantum effect of the catalytic process can be significantly improved. The effect of application on fruit preservation was obviously improved than that of single photocatalytic catalysis and electrocatalysis. The rate constant of one polar kinetic reaction rate constant of C2H4 photoelectric CO catalytic degradation increased to 9.06 * 10 4 (min 1), and the amplitude of lifting was 32%. The rate constant of the one polar kinetic reaction rate constant was 6.86 * 10.

【技术实现步骤摘要】
一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极、光电协同催化反应装置及其应用
本专利技术属于水果保鲜储藏领域，特别涉及一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极、光电协同催化反应装置及其应用。
技术介绍
国内的水果保鲜贮藏技术在近20年内得到了较好发展，结合我国国情，研发应用了多项水果保鲜技术，并形成了相对成熟的水果保鲜技术体系。目前水果采后保障供给期品质与安全最有效的手段是水果冷链。我国目前已经初步建立了以储藏库、冷库以及气调储藏为主的果蔬保鲜体系。机械冷藏依然是我国应用最广泛的水果贮藏手段，采用这种方法保鲜贮藏的水果数量占全国总量的1/3左右。目前水果保鲜贮藏过程中，很多都是通过降低温度，来实现降低果实本身的呼吸作用，减慢水果的成熟达到延长保鲜期的目的。但这样的弊端是要提供较大的能源，不符合现在节能减排的国家方针，并轻视了环境中乙烯气体对于水果保鲜的影响。而现在国内外运用于冷库，去除乙烯的方法主要是三种方法，一种是通过控制环境中的氧气浓度来抑制乙烯的产生，因为乙烯生物合成的最后一步需要氧气的存在；一种是利用二氧化碳在环境中与乙烯气体处于竞争状态的特性，它能抑制乙烯的产生，通过提高二氧化碳的含量达到目的；最后一种就是定期通风，排出冷库中的乙烯气体(蔡霆等，2001)。第一种控制氧气含量的方法成本过高，并且无氧和氧气含量过低的情况下，会让某些水果从有氧呼吸转变为无氧呼吸，加速水果腐败变质。第二种增加二氧化碳含量的方法，无法在对二氧化碳敏感的水果果实的保鲜贮藏过程中使用，会造成虎皮病以及果实变软等问题。第三种是目前最经济的方法，但在通风期间依旧会对贮藏中的果实造成二次伤害。综合以上各种情况，需要找到一种新的方法来控制乙烯含量。二氧化钛(TiO2)是目前应用最广泛也是最重要的一种光催化剂，由于其具备化学性质稳定、方便制取、催化能力较强且无二次污染等优势特点，因此在废水处理、净化空气、灭菌抗菌及光电转换等领域都有非常广泛地运用(Cronjeetal.,2011)。国内外较多的研究均是使用二氧化钛粉末颗粒，虽然粉末颗粒在实验中具有较好的催化活性，但由于粉末颗粒非常细微，会导致在实验中发生凝聚，造成不易沉降的后果，且难以重复利用。尽管二氧化钛(TiO2)作为光催化剂应用在空气净化等领域已经有相关应用了，可TiO2半导体光催化剂在实际应用中依然存在一些缺陷。比如半导体载流子的复合率很高，这是光量子效率较低的最主要原因之一。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其中Ti(NO2)是指N2大气压下等离子体处理Ag-TiO2表面后，原位掺杂N形成的新物相，能进一步提升Ag-TiO2催化剂的光催化性能，其克服了现有的TiO2单一的光催化保鲜技术的不足。本专利技术的再一目的在于提供上述Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的制备方法。本专利技术的再一目的在于基于上述Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的光电协同反应装置。本专利技术再一目的在于基于上述Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的光电协同反应装置的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其主要由固态聚合物电解质和两片Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO组成，其中固态聚合物电解质通过导电粘胶固定在两片Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO之间，其中所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO中载体导电玻璃ITO的厚度为0.5～2mm，纳米Ag-TiO2/Ti(NO2)改性薄膜的厚度为53.2～195.7nm。所述的固态聚合物电解质为含氮磷酸锂(LIPON)电解质薄膜；所述的含氮磷酸锂(LIPON)电解质薄膜离子导电率为6.0*10-7S/cm，电子导电率低于10-10s/cm，厚度为30～120um。所述的导电粘胶的厚度为48～72um，接触电阻少于1.2Ω。所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO由Ag掺杂的TiO2胶体在ITO导电玻璃上成膜，再经N2等离子体表面改性处理得到，具体包括以下步骤：(1)对ITO导电玻璃进行清洗，备用；(2)将钛酸丁酯(Ti(OBu)4)与无水乙醇混合，超声振荡使混合均匀，然后加入硝酸银溶液，并加酸调节溶液pH值至3～4，再继续超声振荡；(3)将步骤(2)中得到的混合液加热至60℃搅拌30min，然后室温下密闭陈化24h以上，得到稳定、均匀、清澈透亮的黄橙色溶胶；(4)以步骤(1)中清洗干净的ITO导电玻璃作为基底，采用浸渍提拉法从步骤(3)中的溶胶中制备Ag掺杂TiO2的湿膜，然后进行热处理即得Ag-TiO2/ITO；(5)对步骤(4)中得到的负载型Ag掺杂TiO2薄膜进行低温等离子体表面处理，即得Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极；步骤(1)中所述的清洗具体包括以下步骤：(1.1)先用添加有洗涤剂的清水在200～650W功率下超声清洗5min；(1.2)用水冲刷后，再用丙酮在200～650W功率下超声振荡10min；(1.3)再用乙醇在200～650W功率下超声振荡清洗10min；(1.4)再用清水在200～650W功率下超声清洗5min，重复3～5次；步骤(2)中所述的钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:4～5；步骤(2)中所述的硝酸银溶液的用量满足加入硝酸银溶液后的混合溶液中银离子的质量分数为0.05～0.08％，优选为0.05％；步骤(2)中所述的超声振荡均指在200～650W功率下超声5min；步骤(4)中所述的浸渍拉提法的提拉速度为2～6.8mm/s；步骤(4)中所述的热处理是指将所得湿膜置于马弗炉中，以10～20℃/min的速度升至150℃，保温30min；然后再以10～20℃/min的速度升至500℃保温60min，最后自然冷却至室温。此时热处理过程经历了溶胶溶剂挥发、凝胶胶粒粒子聚集，膜层自然收缩几个主要流程。为得到所需厚度的Ag掺杂TiO2薄膜，可多次重复步骤(4)使步骤(4)中所得到的的Ag掺杂TiO2薄膜的厚度为53.2～195.7nm；湿膜在60℃的干燥箱内烘烤5min后可重复提拉。步骤(5)中所述的等离子体为氮气；步骤(5)中所述的低温等离子体表面处理器工作时气源压力为0.2～0.25MPa，正常工作时的电流约为3～4A，处理宽度为7～13mm，使用温度范围为-10℃～50℃。步骤(5)中所述的低温等离子体表面处理的时间为1～2min，优选为1min。一种基于上述Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的光电协同催化反应装置，其主要包括Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极和光源，其中Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极与空气接触的两面均为Ag-TiO2/Ti(NO2)薄膜层，该Ag-TiO2/Ti(NO2)薄膜层的中心处为光电极的阴阳极，阴阳极分别连有电极线，电极线通过开关阀与直流稳压电源的正负极连接；光源通过开关阀与220V电源连接；光源与Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的位置关系满足光源发出的光可照到光电极的所有平面。所述的光源为紫外灯管，紫外灯管与Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极的位置关系优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其特征在于主要由固态聚合物电解质和两片Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO组成，其中固态聚合物电解质通过导电粘胶固定在两片Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO之间，所述的Ag‑TiO2/Ti(NO2)/ITO中载体导电玻璃ITO的厚度为0.5～2mm，纳米Ag‑TiO2/Ti(NO2)改性薄膜的厚度为53.2～195.7nm。

【技术特征摘要】
1.一种Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其特征在于主要由固态聚合物电解质和两片Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO组成，其中固态聚合物电解质通过导电粘胶固定在两片Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO之间，所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO中载体导电玻璃ITO的厚度为0.5～2mm，纳米Ag-TiO2/Ti(NO2)改性薄膜的厚度为53.2～195.7nm。2.根据权利要求1所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其特征在于：所述的固态聚合物电解质为含氮磷酸锂电解质薄膜；所述的含氮磷酸锂电解质薄膜离子导电率为6.0*10-7S/cm，电子导电率低于10-10s/cm，厚度为30～120um；所述的导电粘胶的厚度为48～72um，接触电阻少于1.2Ω。3.根据权利要求1所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其特征在于：所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO由Ag掺杂的TiO2胶体在ITO导电玻璃上成膜，再经N2等离子体表面改性处理得到，具体包括以下步骤：(1)对ITO导电玻璃进行清洗，备用；(2)将钛酸丁酯与无水乙醇混合，超声振荡使混合均匀，然后加入硝酸银溶液，并加酸调节溶液pH值至3～4，再继续超声振荡；(3)将步骤(2)中得到的混合液加热至60℃搅拌30min，然后室温下密闭陈化24h以上，得到稳定、均匀、清澈透亮的黄橙色溶胶；(4)以步骤(1)中清洗干净的ITO导电玻璃作为基底，采用浸渍提拉法从步骤(3)中的溶胶中制备Ag掺杂TiO2的湿膜，然后进行热处理即得Ag-TiO2/ITO；(5)对步骤(4)中得到的负载型Ag掺杂TiO2薄膜进行低温等离子体表面处理，即得Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极。4.根据权利要求3所述的Ag-TiO2/Ti(NO2)/ITO光电极，其特征在于：步骤(1)中所述的清洗具体包括以下步骤：(1.1)先用添加有洗涤剂的清水在200～650W功率下超声清洗5min；(1.2)用水冲刷后，再用丙酮在200～650W功率下超声振荡10min；(1.3)再用乙醇在200～650W功率下超声振荡清洗10min；(1.4)再用清水在200～650W功率下超声清洗5min，重复3～5次；步骤(2)中所述的钛酸丁酯和无水乙醇的体积比为1:4～5；步骤(2)中所述的硝酸银溶液的用量满足加入硝酸银溶液后的混合溶液中银离子的质量分数为0.05～0.08％；步骤(2)中所述的超声振荡均指在200～650W功率下超声5min；步骤(4)中所述的浸渍拉提法的提拉速度为2～6.8mm/s；步骤(4)中所述的热处理是指将所得湿膜置于马弗炉中，以10～20℃/min的速度升至150℃，保温30min；然后再以10～20℃/min的速度升至500℃保温60min，最后自然冷却至室温；步骤(5)中所述的等离子体为氮气；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洲，卢明剑，赵文锋，李焱，黎波，徐岩，宋帅帅，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44