一种可见光光催化燃料电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光光催化燃料电池及其制备方法，属于燃料电池技术领域，包括以下步骤：包括以下步骤：将改性导电

【技术实现步骤摘要】
一种可见光光催化燃料电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体为一种可见光光催化燃料电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]光催化燃料电池以太阳光为能源，激发光阳极材料产生电子和空穴，具有强氧化性的空穴可直接氧化降解污染物，而电子则通过外电路导出获得电能
。
该技术在解决环境污染问题的同时，可有效应对能源危机
。
[0003]在众多的半导体催化剂中，石墨相氮化碳具有较高的化学稳定性和热稳定性，同时，它的带隙能适中，为
2.7eV(460nm)
，可捕获可见光，使得其成为了光催化燃料电池阳极材料的香饽饽，但是石墨相氮化碳存在禁带宽度大
、
光生载流子与空穴复合率高
、
可见光利用率低等缺点，导致其其对污染物的降解率低，因此，如何减少石墨相氮化碳基材的禁带宽度，降低光生载流子与空穴复合率，同时提高光催化燃料电池对可见光利用率，提高其对污染物的降解率成为了研究热点
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种可见光光催化燃料电池及其制备方法，以解决现有光催化燃料电池可见光响应差，导致其对有机污染物降解率较低的技术问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]以改性导电
FTO
作为光催化燃料电池光阳极，改性
Cu2O/Cu
作为光阴极作为光催化燃料电池光阴极，其中，改性导电
FTO
由改性催化材料
、
去离子水
、
无水乙醇和乙基纤维素混合均匀，涂覆在
FTO
上，经高温焙烧处理，制得；改性催化材料由改性石墨相氮化碳纳米片和改性包覆物均匀地沉积在成片状排布的花状钨酸铋表面制得；改性包覆物由纳米二氧化锌与吡咯单体在冰水浴下经聚合反应，制得；改性
Cu2O/Cu
为三水合硝酸铜在体积比为1：2的无水
DMF
和无水乙醇经两步溶剂热反应制得
。
[0007]该可见光光催化燃料电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将改性导电
FTO
作为光催化燃料电池光阳极，改性
Cu2O/Cu
作为光阴极作为光催化燃料电池光阴极，两电极之间通过导线连接并置于电解液中，得到可见光光催化燃料电池
。
[0009]进一步的，改性导电
FTO
的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将改性催化材料
、
去离子水
、
无水乙醇和乙基纤维素混合，研磨至形成均匀混合浆液，再将所得浆液均匀涂覆在
FTO
上
,
把
FTO
导电面朝上放入石英舟后，
N2氛围下
450
‑
500℃
煅烧2‑
3h,
降至室温后，超声处理
10min
，得到改性导电
FTO
，其中，改性催化材料
、
去离子水
、
无水乙醇和乙基纤维素的用量比为
0.2
‑
0.3g
：7‑
8mL:7
‑
8mL
：1‑
2mg。
[0011]进一步的，改性催化材料的制备方法，包括以下步骤
:
[0012]步骤
A1、
在管式炉中，将
30g
三聚氰胺置于半封闭的燃烧舟中，在空气中保持加热速率为
2.3℃/min,
升温至到
520℃
煅烧
4h
，再以
1℃/min
的冷却速度冷却至室温，研磨成粉
末，再置于在空气中以
5℃/min
的升温速率升温至
500℃
加热
2h
，冷却速度为
1℃/min
，得到石墨相氮化碳纳米片；
[0013]步骤
A2、
将石墨相氮化碳纳米片置于体积分数为
38
％的氨溶液中，升温至
75
‑
85℃
，搅拌反应6‑
8h
，得到氨改性的石墨相氮化碳；再将氨改性的石墨相氮化碳超声分散于去离子水中，转速为
1000
‑
1500rpm
下，边搅拌边加入四水合氯金酸
、
六水合氯化镍和去离子水的混合液
a
，室温下搅拌8‑
12h
，离心，洗涤，再置于
60℃
下干燥过夜，得到改性石墨相氮化碳纳米片，其中，石墨相氮化碳纳米片
、
体积数为
38
％的氨溶液和混合液
a
的用量比为
1.2
‑
2.4g
：
350
‑
450mL
：1‑
1.2L
：
100mL
，混合液
a
中，四水合氯金酸
、
六水合氯化镍和去离子水的用量比为5‑
10g
：5‑
10g
：
100mL
，在上述反应过程中，通过胺诱导还原法将原子级的镍和金固定在石墨相氮化碳的表面，得到改性石墨相氮化碳纳米片；
[0014]步骤
A3、
将改性石墨相氮化碳纳米片
、
改性包覆物
、
二水合钨酸钠溶于去离子水中，边搅拌边滴加五水合硝酸铋和
0.4M
硝酸溶液的混合液
b
中，控制在
30min
内滴完，滴毕，转速为
1300
‑
1500rpm
下，搅拌均匀，再升温至
160℃
，继续搅拌
20h
，冷却至室温，用去离子水洗涤2‑4次，冷冻干燥得到改性催化材料，其中，改性石墨相氮化碳纳米片
、
改性包覆物
、
二水合钨酸钠
、
去离子水和混合液
b
的用量比为1‑
2g:0.1
‑
0.2g
：
0.6
‑
0.8g
：
40
‑
50mL
：
60mL
，混合液
b
中，五水合硝酸铋和
0.4M
硝酸溶液的用量比为2‑
3g:60mL,
在上述反应过程中，
Bi
3+
均匀溶解在硝酸溶液中是为了防止其水解
。
当
(WO4)2‑
慢慢加入
Bi(NO3)3溶液中，
Bi
3+
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可见光光催化燃料电池的制备方法，其特征在于：所述光催化燃料电池以改性导电
FTO
作为光阳极，改性
Cu2O/Cu
作为光阴极，两电极之间通过导线连接并置于电解液中，得到可见光光催化燃料电池，其中，改性导电
FTO
由改性催化材料
、
去离子水
、
无水乙醇和乙基纤维素混合均匀，涂覆在
FTO
上，经高温焙烧处理，制得；所述改性催化材料由改性石墨相氮化碳纳米片和改性包覆物均匀地沉积在成片状排布的花状钨酸铋表面制得；所述改性包覆物由纳米二氧化锌与吡咯单体在冰水浴下经聚合反应，制得；改性
Cu2O/Cu
为三水合硝酸铜在体积比为1：2的无水
DMF
和无水乙醇经两步溶剂热反应制得；所述改性
Cu2O/Cu
呈边长为
365
‑
375nm
的空心正八面体状结构
。2.
根据权利要求1所述的一种可见光光催化燃料电池的制备方法，其特征在于：所述改性导电
FTO
的制备方法，包括以下步骤：将改性催化材料
、
去离子水
、
乙醇和乙基纤维素混合，研磨至形成均匀混合浆液，再将所得浆液均匀涂覆在
FTO,
把
FTO
导电面朝上放入石英舟后，
N2氛围下
450
‑
500℃
煅烧2‑
3h,
降至室温后，超声处理
10min
，得到改性导电
FTO。3.
根据权利要求1所述的一种可见光光催化燃料电池的制备方法，其特征在于：所述改性催化材料的制备方法，包括以下步骤
:
步骤
A1、
在管式炉中，将
30g
三聚氰胺置于半封闭的燃烧舟中，在空气中保持加热速率为
2.3℃/min,
升温至到
520℃
煅烧
4h
，再以
1℃/min
的冷却速度冷却至室温，研磨成粉末，再置于在空气中以
5℃/min
的升温速率升温至
500℃
加热
2h
，冷却速度为
1℃/min
，得到石墨相氮化碳纳米片；步骤
A2、
将石墨相氮化碳纳米片置于体积分数为
38
％的氨溶液中，升温至
75
‑
85℃
，搅拌反应6‑
8h
，得到氨改性的石墨相氮化碳；再将氨改性的石墨相氮化碳超声分散于去离子水中，转速为
1000
‑
1500rpm
下，边搅拌边加入四水合氯金酸
、
六水合氯化镍和去离子水的混合液
a
，室温下搅拌8‑
12h
，离心，洗涤，再置于
60℃
下干燥过夜，得到改性石墨相氮化碳纳米片；步骤
A3、
将改性石墨相氮化碳纳米片
、
改性包覆物
、
二水合钨酸钠溶于去离子水中，边搅拌边滴加五水合硝酸铋和
0.4M
硝酸溶液的混合液
b
中，控制在
30min
内滴完，滴毕，转速为
1300
‑
1500rpm
下，搅拌均匀，再升温至
160℃
，继续搅拌
20h
，冷却至室温，用去离子水洗涤2‑4次，冷冻干燥得到改性催化材料
。4.
根据权利要求1所述的一种可见光光催化燃料电池的制备方法，其特征在于：所述改性包覆物的制备方法，包括以下步骤：将纳米二氧化锌加入无水甲醇中，超声分散均匀，加入十六烷基三甲基溴化铵超声
0.5h
，静置
24h
，冰水浴下，再加入
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹迪，梁金广，汲崇明，
申请(专利权)人：营口理工学院，
类型：发明
国别省市：