CN104404565A - Au/TiO2纳米管复合结构的光电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极及其制备方法，所述方法包括：S1、将Ti片放入由浓硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液中对Ti片表面进行化学抛光；S2、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；S3、以乙二醇-氟化铵-水为阳极氧化溶液利用阳极氧化法在Ti片上制备出大面积有序的TiO₂纳米管结构；S4、采用磁控溅射法在TiO₂纳米管表面沉积一层Au薄膜层；S5、将步骤S4中获得的复合结构在空气中进行高温烧结，然后自然冷却到室温从而获得Au/TiO₂纳米管复合结构，Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。本发明制备方法简单、成本低，Au/TiO₂纳米管光电极具有较高的可见光催化活性。

Description

Au/TiO2纳米管复合结构的光电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属/TiO₂复合结构的光电极技术领域，尤其涉及一种Au/TiO₂复合结构光电极及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的快速增长，人们对能源的需求也随之增加，传统化石能源已难以满足人们对能源日益膨胀的需求。在众多的新能源中，太阳能作为一种清洁能源引起了人们的广泛关注。

围绕太阳能利用开展的半导体光催化技术在解决能源和环境问题方面具有巨大的潜力。众所周知，半导体材料具有能带结构。半导体的能带结构是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之间的区域称为禁带。传统的半导体材料的禁带宽度约为1.7～3.8eV，是一个不连续的区域。一般来说，半导体材料的光催化反应可以分为三个过程：光生载流子的产生、传递和消耗。

二氧化钛(TiO₂)具有独特的化学和物理性质，成为了光催化领域广泛研究的材料之一。然而，由于TiO₂带隙较宽，只能利用太阳光谱中的紫外光部分，并且紫外光仅占4-5％，因此大大限制了其对太阳光的利用率。同时光生电子和空穴不能及时地迁移到TiO₂表面，极易发生复合，导致非常低的量子效率。至今为止，用于提高TiO₂的光电化学性能的方法有：复合其他半导体、敏化染料、负载金属、以及采用过渡金属(如金，钯，铂，铑等)、非金属元素(如氮，硫，碘，氟等)进行掺杂。除此以外，相比较TiO₂粉末体系而言，阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有更高的空间有序性、更优越的电子传输能力以及与基底间良好的电学接触性质，因此具有很大的开发潜力，已经成为光催化领域的研究热点。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种Au/TiO₂复合结构光电极及其制备方法。

发明内容

本发明解决了现有制备技术繁琐、难于调控等方面的不足，提供了一种光电转换效率高、催化活性好、成本低的Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极及其制备方法。

本发明中采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管，然后在纳米管上面溅射一层Au薄膜，通过高温退火的手段将金属颗粒注入到纳米管中，从而获得Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极，并且Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。为此通过构筑这种新型的纳米调控体系，从而扩展TiO₂的光响应范围，提高其可见光利用效率，同时促进TiO₂光生电子-空穴对的分离，从而提高其量子效率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极，所述光电极包括Au纳米颗粒、TiO₂纳米管以及衬底Ti片，所述TiO₂纳米管从Ti片表面生长出来，所述Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。

相应地，一种Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极的制备方法，所述方法包括：

S1、将Ti片放入由浓硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液中对Ti片表面进行化学抛光；

S2、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；

S3、以乙二醇-氟化铵-水为阳极氧化溶液利用阳极氧化法在Ti片上制备出大面积有序的TiO₂纳米管结构；

S4、采用磁控溅射法在TiO₂纳米管表面沉积一层Au薄膜层；

S5、将步骤S4中获得的复合结构在空气中进行高温烧结，然后自然冷却到室温从而获得Au/TiO₂纳米管复合结构，Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中浓硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液按体积比4：1：5配成。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的阳极氧化溶液制备方法为：

在乙二醇中加入0.2wt％-0.45wt％的氟化铵和1vol％-4vol％的去离子水。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中阳极氧化法采用两电极体系，其中钛片作为工作电极，石墨片为对电极。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3阳极氧化法中阳极氧化的时间为0.5h-4h，阳极氧化的工作电压为30V-80V。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4磁控溅射法中在未工作时溅射腔的真空压力范围为1×10^-4Pa-3×10^-4Pa。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4磁控溅射法中在未工作时溅射腔的真空压力范围为1Pa-2Pa。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4磁控溅射法的工作频率是13.56MHz，Au薄膜层的溅射功率为25-35W，Au薄膜层的沉积时间为0-60s。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中“高温烧结”的烧结温度为250℃-500℃，烧结时间为0.5h-2h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用阳极氧化法可以制得的较大面积的TiO₂纳米管阵列，采用射频磁控溅射法溅射Au薄膜，可以实现Au/TiO₂纳米管复合结构中金属沉积量的有效调控，从而有效地控制Au纳米颗粒的尺寸。通过在空气中退火方法，可以将Au纳米颗粒均匀地分布在管口和管子内部，最终达到修饰TiO₂纳米管的目的；

2、相比较单纯的TiO₂纳米管而言，Au/TiO₂纳米管复合结构光电极可以有效地将TiO₂纳米管的光响应范围从紫外光扩展到了可见光波段，这样能够更有效地利用太阳能，提高纳米管对可见光的吸收率和光电转化性质；

3、Au/TiO₂纳米管复合结构不仅能提高光电转化性质，而且有利于回收利用，节约了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中制备的Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的步骤示意图；

图2为本发明实施例二中制备的TiO₂纳米管光电极的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例二中制备的TiO₂纳米管光电极的X射线衍射图谱；

图4为本发明实施例一中制备的Au/TiO₂纳米管复合结构的扫描电镜照片；

图5为本发明实施例三中制备的Au/TiO₂纳米管复合结构的扫描电镜照片；

图6为本发明实施例二和实施例一、实施例三中制备的TiO₂纳米管光电极和Au/TiO₂纳米管复合结构光电极在可见光下的电流-时间(I-T)曲线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极，光电极包括Au纳米颗粒、TiO₂纳米管以及衬底Ti片，TiO₂纳米管从Ti片表面生长出来，所述Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。该复合结构的光电极可由多种制备方法实现，例如：模板法、水热法、阳极氧化法和磁控溅射法。

模板法：模板法是一种制备金属氧化物的有效方法，通过利用结构基质作为模板，通过适宜的尺寸和结构的模板为主体，利用物理或化学方法向其中填充各种金属、非金属或半导体材料，以获得所需尺寸和功能的纳米结构阵列。这些材料是通过结合氧化铝模板和后期碱液去除模板的工序所得到的，在制备材料时，一般采用电化学沉积法、溶胶、凝胶法、溶胶、凝胶.聚合法等技术来制备TiO₂纳米管。该方法过程十分复杂，整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，污染环境。

水热法：水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。在水热条件下，水可以作为一种化学组分起作用并参加反应，既是溶剂又是矿化剂同时还可作为压力传递介质；通过参加渗析反应和控制物理化学因素等，实现无机化台物的形成和改性.既可制备单组分微小晶体，又可制备双组分或多组分的特殊化合物粉末。该方法对设备要求高(耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬)、技术难度大(温压控制严格)、成本高、安全性能差。

阳极氧化法：阳极氧化是指金属或合金的电化学氧化。将金属或合金的制件作为阳极，并浸泡在电解液中。在恒定的电压或电流作用下使其表面形成氧化物薄膜。从而使金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。阳极氧化法制备TiO₂有序纳米管阵列是非常常用的一种方法，这种方法可以制得排列均匀、整齐、高度有序的纳米管阵列。根据电解液的不同，又可以分无机电解液阳极氧化法制和有机电解液阳极氧化法。

磁控溅射法：利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极，在离子能量合适的情况下，入射的离子在与靶表面的原子的碰撞过程中使后者溅射出来。这些被溅射的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现衬底上薄膜的沉积。此种方法制备的薄膜具有高质量，高密度，良好的结合性和强度等特点，而且装置性能稳定，便于操作，工艺容易控制，生产重复性好。

本发明中利用阳极氧化法结合磁控溅射法制备Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极。因为模板法制备十分复杂，整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，污染环境。而水热法对设备要求高、技术难度大(温压控制严格)、成本高、安全性能差。相比而言，阳极氧化可以制得排列均匀、整齐、高度有序的TiO₂纳米管阵列。结合磁控溅射法溅射Au薄膜，是由于此方法制得的薄膜具有高质量、高密度、良好的结合性和强度等特点，而且装置性能稳定，便于操作，工艺容易控制，生产重复性好。

下面以阳极氧化法结合磁控溅射法为例对本发明的技术方案进行进一步阐述：

实施例一(Au薄膜层沉积的时间为30秒)：

Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极是利用阳极氧化法结合磁控溅射法制备而成的。其中，无水乙醇、乙二醇、氟化铵、硝酸、氢氟酸纯度都是分析纯(AR)。Ti片纯度99.6％(厚度0.1mm)，商用。Au靶的直径均为50mm，Au靶的溅射功率分别为30W，射频磁控溅射仪的工作频率为13.56MHz。

参图1所示，Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的制备过程包括如下步骤：

(1)、将Ti片(≥99.6％，0.1mm厚)放入由浓硝酸(分析纯)，氢氟酸(分析纯)和去离子水按体积比4：1：5配成的混合洗液对Ti片表面进行一分钟的化学抛光，去除表面的油污和划痕；

(2)、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；

(3)、配置阳极氧化液：在乙二醇(EG，分析纯)中加入0.25wt％氟化铵(NH₄F，分析纯)和1vol％的去离子水，并在室温下搅拌15分钟，以便充分溶解。阳极氧化的实验装置采用两电极体系，其中，钛片作为工作电极(阳极)，石墨片为对电极(阴极)。在室温下，采用恒压(60V)氧化法制备出非晶态的TiO₂纳米管阵列。阳极氧化反应(2h)结束后，撤去外加电压，将样品取出，用去离子水冲洗样品，然后在空气中干燥；

(4)、将制得的TiO₂纳米管阵列(约1×1cm²)放置于真空反应腔内，在室温下将TiO₂样品平行置于距离靶材(Au靶)60mm的样品台上；

(5)、通过机械旋转泵和涡流分子泵将真空反应腔内的压力降至1×10^-4Pa；

(6)、向真空反应腔内通入氩气并将真空反应腔内的压力控制在1.5Pa；

(7)、沉积Au薄膜层：氩气中氩离子(Ar⁺)在电磁场作用下以非常高的速度撞击在Au靶表面，生成溅射离子，这些离子聚集在TiO₂纳米管阵列薄膜层表面形成Au薄膜层，Au薄膜层沉积的时间为30秒；

(8)、将在上述所得的表面有Au薄膜的TiO₂纳米管阵列，将这复合结构放在空气中以450℃烧结2小时，然后自然冷却到室温。

优选地，在步骤(7)中，每次溅射前，靶材都要在氩气中预溅射3min。

实施例二(Au薄膜层沉积的时间为0秒)：

Au/TiO₂纳米管复合结构光电极是利用阳极氧化法结合磁控溅射法制备而成的。其中，无水乙醇、乙二醇、氟化铵、硝酸、氢氟酸纯度都是分析纯(AR)。Ti片纯度99.6％(厚度0.1mm)，商用。Au靶的直径均为50mm，Au靶的溅射功率分别为30W，射频磁控溅射仪的工作频率为13.56MHz。

参图1所示，Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的制备过程包括如下步骤：

(1)、将Ti片(≥99.6％，0.1mm厚)放入由浓硝酸(分析纯)，氢氟酸(分析纯)和去离子水按体积比4：1：5配成的混合洗液对Ti片表面进行一分钟的化学抛光，去除表面的油污和划痕；

(2)、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；

(3)、配置阳极氧化液：在乙二醇(EG，分析纯)中加入0.25wt％氟化铵(NH₄F，分析纯)和1vol％的去离子水，并在室温下搅拌15分钟，以便充分溶解。阳极氧化的实验装置采用两电极体系，其中，钛片作为工作电极(阳极)，石墨片为对电极(阴极)。在室温下，采用恒压(60V)氧化法制备出非晶态的TiO₂纳米管阵列。阳极氧化反应(2h)结束后，撤去外加电压，将样品取出，用去离子水冲洗样品，然后在空气中干燥；

(4)、将制得的TiO₂纳米管阵列(约1×1cm²)放置于真空反应腔内，在室温下将TiO₂样品平行置于距离靶材(Au靶)60mm的样品台上；

(5)、通过机械旋转泵和涡流分子泵将真空反应腔内的压力降至1×10^-4Pa；

(6)、向真空反应腔内通入氩气并将真空反应腔内的压力控制在1.5Pa；

(7)、沉积Au薄膜层：氩气中氩离子(Ar⁺)在电磁场作用下以非常高的速度撞击在Au靶表面，生成溅射离子，这些离子聚集在TiO₂纳米管阵列薄膜层表面形成Au薄膜层，Au薄膜层沉积的时间为0秒；

(8)、将在上述所得的表面有Au薄膜的TiO₂纳米管阵列，将这复合结构放在空气中以450℃烧结2小时，然后自然冷却到室温。

优选地，在步骤(7)中，每次溅射前，靶材都要在氩气中预溅射3min。

实施例二可用于制备纯的TiO₂纳米管阵列。

实施例三(Au薄膜层沉积的时间为60秒)：

Au/TiO₂纳米管复合结构光电极是利用阳极氧化法结合磁控溅射法制备而成的。其中，无水乙醇、乙二醇、氟化铵、硝酸、氢氟酸纯度都是分析纯(AR)。Ti片纯度99.6％(厚度0.1mm)，商用。Au靶的直径均为50mm，Au靶的溅射功率分别为30W，射频磁控溅射仪的工作频率为13.56MHz。

参图1所示，Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的制备过程包括如下步骤：

(1)、将Ti片(≥99.6％，0.1mm厚)放入由浓硝酸(分析纯)，氢氟酸(分析纯)和去离子水按体积比4：1：5配成的混合洗液对Ti片表面进行一分钟的化学抛光，去除表面的油污和划痕；

(2)、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；

(3)、配置阳极氧化液：在乙二醇(EG，分析纯)中加入0.25wt％氟化铵(NH₄F，分析纯)和1vol％的去离子水，并在室温下搅拌15分钟，以便充分溶解。阳极氧化的实验装置采用两电极体系，其中，钛片作为工作电极(阳极)，石墨片为对电极(阴极)。在室温下，采用恒压(60V)氧化法制备出非晶态的TiO₂纳米管阵列。阳极氧化反应(2h)结束后，撤去外加电压，将样品取出，用去离子水冲洗样品，然后在空气中干燥；

(4)、将制得的TiO₂纳米管阵列(约1×1cm²)放置于真空反应腔内，在室温下将TiO₂样品平行置于距离靶材(Au靶)60mm的样品台上；

(5)、通过机械旋转泵和涡流分子泵将真空反应腔内的压力降至1×10^-4Pa；

(6)、向真空反应腔内通入氩气并将真空反应腔内的压力控制在1.5Pa；

(7)、沉积Au薄膜层：氩气中氩离子(Ar⁺)在电磁场作用下以非常高的速度撞击在Au靶表面，生成溅射离子，这些离子聚集在TiO₂纳米管阵列薄膜层表面形成Au薄膜层，与实施例一不同的是，本实施例中Au薄膜层沉积的时间为60秒；

(8)、将在上述所得的表面有Au薄膜的TiO₂纳米管阵列，将这复合结构放在空气中以450℃烧结2小时，然后自然冷却到室温。

优选地，在步骤(7)中，每次溅射前，靶材都要在氩气中预溅射3min。

以下结合Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的光电转化性能测试方法和实验数据说明实施例一、二、三中所制备样品的性能。

一、实验目的

为了研究所制备样品Au/TiO₂纳米管复合结构光电极的光电转化性能，通过电化学工作站测试样品在全光和可见光下的电流-时间(I-T)曲线。通过测试样品的电流-时间曲线可以直接且方便地看出其光电流的大小，并且可以有效地测量样品的光稳定性。

二、实验内容

样品具体的光电化学性能测试如下：光电化学测试采用两电极法，容器盒是以石英玻璃为材料的盒子，一台上海辰华CHI-600D型电化学工作站为测试仪器，测试光源为XD300氙灯冷光源。容器内装有0.1M的Na₂SO₄溶液作为电解液，样品为工作电极，对电极为铂丝、饱和甘汞电极(Hg/HgCl)为参比电极。我们每隔25s测试样品在有光和无光条件下的光电流密度，通过观察每段光照情况下的光电流大小来判断样品的光电流是否稳定。

三、实验数据分析及结论

参图2所示为实施例二中利用阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列的SEM表面俯视照片，从照片中可以看出均匀有序的TiO₂纳米管阵列，管径为100nm左右，管壁厚度为20nm左右。

参图3所示为实施例二中利用阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列的X射线衍射图谱，经XRD成分分析，实验获得的是TiO₂纳米管阵列，其中TiO₂薄膜为锐钛矿相。

参图4、图5所示为实施例一和实施例三中利用阳极氧化法和射频磁控溅射法制备的Au/TiO₂纳米管复合结构的SEM表面俯视照片，从图4、图5中可以很明显地看到Au纳米颗粒已经均匀、紧密地附着在TiO₂纳米管的管壁上。

参图6所示实施例二和实施例一、实施例三中TiO₂纳米管阵列和Au/TiO₂纳米管复合结构在可见光下的电流-时间(I-T)曲线，光照强度为100mW/cm²。在可见光波段，可以发现没有Au修饰的TiO₂纳米管的光电流(phtotcurrent)大小在2.5uA/cm²左右，而60s-Au修饰的TiO₂纳米管的光电流(phtotcurrent)大小约为5uA/cm²，光电流是原来的2倍，30s-Au修饰的TiO₂纳米管的光电流(phtotcurrent)大小约为10uA/cm²，光电流是原来的4倍。总的来说，加了Au修饰的TiO₂纳米管的光电流比没有加Au修饰的TiO₂纳米管的光电流来的大，这是由于Au的居于表面等离激元作用就是在可见光波段，而且虽然部分光被反射了，但是被反射的光对纯TiO₂纳米管光电流的影响可以忽略不计，因为纯TiO₂纳米管在可见光波段本来就很少甚至没有响应。但随着Au溅射的时间增加，如本发明实施例三中60s-Au修饰TiO₂纳米管表面的Au颗粒相对于实施例一中30s-Au修饰TiO₂纳米管表面的Au颗粒较大，将很多的可见光反射回去，与Au颗粒作用的可见光相对减少，自然产生的电子-空穴对减少，最终使得60s-Au修饰TiO₂纳米管比30s-Au修饰TiO₂纳米管的光电流减小。

因此，Au薄膜层沉积的时间不限于实施例一至三中的时间，可以取0～60s中的任何数值，进一步地，还可以选取0～90s中的任何数值。选择合适的Au溅射时间可以控制Au颗粒的大小，进而能够达到提高TiO₂纳米管的光电流。优选地，本发明中Au溅射时间在30s左右时TiO₂纳米管的光电流最大。在其他实施方式，步骤(2)中氟化铵可取值0.2wt％-0.45wt％、去离子水可取值1vol％-4vol％、电压可取值30V-80V、阳极氧化时间可取值0.5h-4h；步骤(5)中真空反应腔内的气压可取值于1×10^-4Pa-3×10^-4Pa；步骤(6)中向真空反应腔内通入氩气后腔内气压也可取值于1Pa-2Pa；步骤(7)中沉积TiO₂薄膜的溅射功率可取25-35W；步骤(8)中的烧结温度可取250℃-500℃，烧结时间可以为30分钟-2小时。

由以上实施方式可以看出，与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1、采用阳极氧化法可以制得的较大面积的TiO₂纳米管阵列，采用射频磁控溅射法溅射Au薄膜，可以实现Au/TiO₂纳米管复合结构中金属沉积量的有效调控，从而有效地控制Au纳米颗粒的尺寸。通过在空气中退火方法，可以将Au纳米颗粒均匀地分布在管口和管子内部，最终达到修饰TiO₂纳米管的目的；

2、相比较单纯的TiO₂纳米管而言，Au/TiO₂纳米管复合结构光电极可以有效地将TiO₂纳米管的光响应范围从紫外光扩展到了可见光波段，这样能够更有效地利用太阳能，提高纳米管对可见光的吸收率和光电转化性质；

3、Au/TiO₂纳米管复合结构不仅能提高光电转化性质，而且有利于回收利用，节约了使用成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极，其特征在于，所述光电极包括Au纳米颗粒、TiO₂纳米管以及衬底Ti片，所述TiO₂纳米管从Ti片表面生长出来，所述Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。

2.一种如权利要求1所述的Au/TiO₂纳米管复合结构的光电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、将Ti片放入由浓硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液中对Ti片表面进行化学抛光；

S2、随后将Ti片由混合洗液中取出，分别用去离子水和乙醇反复冲洗Ti片，在空气中晾干；

S3、以乙二醇-氟化铵-水为阳极氧化溶液利用阳极氧化法在Ti片上制备出大面积有序的TiO₂纳米管结构；

S4、采用磁控溅射法在TiO₂纳米管表面沉积一层Au薄膜层；

S5、将步骤S4中获得的复合结构在空气中进行高温烧结，然后自然冷却到室温从而获得Au/TiO₂纳米管复合结构，Au纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米管管壁。

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中浓硝酸-氢氟酸-去离子水的混合洗液按体积比4：1：5配成。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的阳极氧化溶液制备方法为：

在乙二醇中加入0.2wt％-0.45wt％的氟化铵和1vol％-4vol％的去离子水。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中阳极氧化法采用两电极体系，其中钛片作为工作电极，石墨片为对电极。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3阳极氧化法中阳极氧化的时间为0.5h-4h，阳极氧化的工作电压为30V-80V。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4磁控溅射法中在未工作时溅射腔的真空压力范围为1×10^-4Pa-3×10^-4Pa。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4磁控溅射法中在未工作时溅射腔的真空压力范围为1Pa-2Pa。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4磁控溅射法的工作频率是13.56MHz，Au薄膜层的溅射功率为25-35W，Au薄膜层的沉积时间为0-60s。

10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中“高温烧结”的烧结温度为250℃-500℃，烧结时间为0.5h-2h。