CN105080546A

CN105080546A - 导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极及其制备方法

Info

Publication number: CN105080546A
Application number: CN201510407951.5A
Authority: CN
Inventors: 李佑稷; 李铭; 林晓
Original assignee: Jishou University
Current assignee: Jishou University
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN105080546B

Abstract

本发明涉及一种导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极及其制备方法。采用液晶模板法和喷雾涂覆技术制备具有高效气体扩散光电极(TiO₂–Fe)_mp./CF介孔负载复合纳米材料。该方法的突出特点是：应用喷雾涂覆技术和液晶模板法制备具有特定结构和高效气体扩散光电极的导电炭毡负载介孔(TiO₂-Fe)复合纳米材料，为多孔材料负载介孔掺杂TiO₂类光催化材料的应用研究提供了一条新的途径。本发明工艺简单，易于工业化生产，所制备的高效气体扩散光电极介孔负载复合纳米材料，导电性、比表面积大、孔径分布均匀。

Description

导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极及其制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

TiO₂因其生物惰性和化学惰性、不会发生光腐蚀和化学腐蚀，价格低廉等优点，而被证明是应用最为广泛的一种光催化剂。由于TiO₂的电子分布特征在于其导带和价带之间有带隙的存在。当受到光照时，只要光子的能量等于或超过半导体的带隙能(hν≥E_g)，就能使电子从价带跃迁到导带，从而产生导带电子和价带空穴。在空间电荷层的电场作用下，导带的自由电子迅速迁移到半导体微粒表面而转移给溶液中的氧化组分，从而光生电子与空穴经过一系列反应形成羟基自由基·OH，它可以氧化几乎所有的有机物。因此，其在环保领域(如废气处理)具有强大的应用前景。反应过程如下：

TiO₂+hν→h⁺+e^-

H₂O+h⁺→·OH+H⁺

e^-+O₂→O₂ ^-·

H⁺+O₂ ^-·→HO₂·

2HO₂·→H₂O₂+O₂

H₂O₂+O₂ ^-·→·OH+OH^-+O₂

h⁺+OH^-→·OH

h⁺+org→中间体→CO₂+H₂O

·OH+org→中间体→CO₂+H₂O

然而，由于TiO₂带隙较宽(约3.2eV)，其吸收的阈值波长小于400nm，对太阳光的利用率不高；影响了TiO₂多相光催化反应的实用化和产业化进程。研究发现，通过过渡金属掺杂或半导体氧化物复合可以提高TiO₂光催化活性和可见光利用率。因此，纳米TiO₂–X(X：过渡金属)掺杂光催化材料也就成为光催化领域的研究热点之一。但是，制备的TiO₂–X纳米粉体、纳米纤维，由于颗粒细微，在水溶液中容易团聚、不易沉降，催化剂难以分离回收，催化剂活性成分损失大，不利于催化剂的再生和再利用；纳米薄膜由于其比表面积比较小，光催化活性和光催化效率不高；多孔材料负载复合体由于在液相中的碰撞磨损，不利于再生和重复使用，气相中使用由于污染物浓度低、光催化活性和光催化效率也不高，影响和限制了其实际应用。为此，近年来以光催化材料为电极表层，采用光电催化有效抑制光生电子一空穴的复合，提高光催化量子效率，也解决了分离回收难题，即光电催化TiO₂–X电极的制备和性能研究受到了人们的高度重视，成为光催化领域的重要前沿课题。但值得关注的是，大量的工作还主要集中在采用无孔导电基体负载TiO₂电极(薄膜或管)，及液相条件下二电极或三电极模式的光电复合催化方面。我们知道，无孔导电基体负载TiO₂电极由于其比表面积比较小，光电催化活性也不高，也影响和制约了其工业生产和实际应用。因此，采用多孔导电基体负载电极在光电催化领域倍受关注。炭毡是由炭纤维组成的毡状炭质材料，具有化学性能稳定、价格低廉、比表面积大、导电性强等特性，在电化学研究中成为一种理想的多孔电极材料。因此，在导电炭毡表面制备掺杂介孔TiO₂电极是解决光催化技术应用于污水降解处理最为有效的方法。利用介孔(TiO₂-Fe)_mp./CF电极具有的纳米微孔特性、高比表面积特性、协同催化特性，结合该掺杂体系的异质界面效应、以及低维纳米材料的量子尺寸效应、量子限域效应，负载结构，获得高效气体扩散光电极(TiO₂-Fe)_mp./CF材料。同时，该工艺简单，易于工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种比表面积大、强度高、导电性好、气体扩散性好，制备工艺简单、易于工业化生产的导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极介孔复合纳米材料(表示为(TiO₂–Fe)_mp./CF)及其制备工艺。

本发明采用的技术方案是：以液晶为“软模板”，通过液相化处理，合成“液晶–无机物前驱体”溶液，在一定的湿度环境下利用喷雾将合成溶液涂覆在导电炭毡表面，再利用索氏萃取和低温热处理，使液晶模板被除去，实现介孔(TiO₂–Fe)负载于导电炭毡上，合成高效气体扩散光电极(TiO₂–Fe)_mp./CF介孔复合纳米材料。

上述技术方案中，具体制备工艺为：

(1)以钛盐(例如四氯化钛、二氯氧钛、硫酸氧钛等)为起始原料，以铁盐(硝酸铁、氯化铁、硫酸铁等的一种或多种)为掺杂剂、盐酸为催化剂，在蒸馏水液相化作用下，合成无机物前躯体溶液；

(2)由含氟表面活性剂(例如全氟辛基磺酸钠、全氟辛酸钠、全氟辛酸铵、全氟辛酸乙醇铵、全氟辛酸二乙醇铵)和蒸馏水形成液晶，以该液晶为软模板，利用上述无机物前躯体溶液制备“液晶–无机物前驱体”溶液；

(3)通过喷雾法将上述“软模板–无机物前驱体”溶液涂覆在导电炭毡上，合成“软模板–无机物前驱体”/CF(CF表示碳毡)；

(4)采用索氏萃取将“软模板–无机物前驱体”/CF中软模板被萃取出来，然后通过低温热处理，制备介孔(TiO₂-Fe)_mp./CF复合纳米高效气体扩散光电极。

步骤(1)中，所述液相化是将钛盐、铁盐、盐酸(优选浓盐酸或浓盐酸的醇溶液，例如一重量份35％浓盐酸与两重量份75％～90％乙醇或甲醇的混合物，下同)与蒸馏水混合，优选将40～80重量份，更优选约50～70重量份钛盐、0.5～5重量份，更优选约1～3重量份铁盐与40～80重量份，优选50～70重量份蒸馏水和2～15重量份，更优选4～8重量份浓盐酸或浓盐酸醇溶液混合。

优选地，步骤(2)中，含氟表面活性剂为20～40重量份，更优选约25～35重量份，蒸馏水为40～80重量份，更优选约50～70重量份，钛盐为40～80重量份，更优选约50～70重量份，铁盐为0.5～5重量份，更优选约1～3重量份。

含氟表面活性剂与钛盐的重量比一般为1:1.5～3，优选约1:1.8～2.5。

步骤(3)中，在导电炭毡上的喷涂量一般为50～1000ml/dm²(导电碳毡的面积)，优选100～500ml/dm²。

步骤(3)的索氏萃取中，优选以低分子量有机物甲醇或乙醇为萃取剂。

钛盐优选是四氯化钛，优选其纯度＞99.0％，全氟辛酸钠优选纯度>99.0％，铁盐优选是硝酸铁，优选纯度>99.0％。

步骤(3)中，喷涂可以使用常用的喷涂器。喷雾条件优选为：喷嘴离工件的最佳距离为40-50cm，空气雾化喷嘴，流量0.01-0.05ml/min、压力2–10MPa，温度20–30℃，相对湿度80–90％(环境条件)。

上述技术方案中，优选地，“TiO₂–Fe–液晶”/CF索氏萃取软模板，萃取次数1–8次，每次萃取时间10–300min，萃取温度70-90℃。

上述技术方案中，介孔(TiO₂–Fe)_mp./CF低温热处理温度180～300℃，优选200–250℃，时间10分钟～3小时，30-60min，可以使用控温烘箱来进行。

上述技术方案中，液晶软模板优选由氟表面活性剂全氟辛酸钠和蒸馏水合成。

上述技术方案中，无机物前驱体优选为为硝酸铁和四氯化钛。

本发明还提供了通过上述方法制备的导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极。

本发明进一步提供了上述导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极用于光电催化的用途。

本发明采用软模板法，通过喷雾涂覆、索氏萃取和低温热处理合成高效气体扩散光电极(TiO₂–Fe)_mp./CF介孔复合纳米材料。目前，我们利用该工艺制备出了(TiO₂–Fe)_mp./CF介孔复合纳米光电极具有如下显著优点效果：(a)比表面积大，具有高的气体扩散性能；(b)高导电性能，孔隙结构可以调整，能进行定量化设计；(c)强度高，粘结力强，加工工艺性好；(d)煅烧温度低，制备工艺简单，生产成本低，易于工业化生产；(e)应用广泛，是解决光电催化技术应用于有毒气体降解最为有效的电极材料，降低有毒气体降解成本。

高效气体扩散光电极(TiO₂-Fe)_mp./CF介孔复合纳米材料物理化学性能

经过索氏萃取和低温热处理后，导电炭毡负载(TiO₂-Fe)介孔复合薄膜其晶型结构为锐钛矿，晶粒尺寸在10－30nm之间；表面形貌比较均匀、有明显的中孔结构、缺陷少；相比P25纯TiO₂粉体，在350nm附近有明显的紫外吸收拐角，实现了对紫外光吸收；有机物几乎萃取完全，O-H键含量相对较高。高效气体扩散光电极比表面积大、空隙率高、导电性好，在对有机污染气体光电催化中表现出很高的降解性能。

附图说明

图1为本发明制备工艺示意图。

图2为实施例1的(TiO₂–Fe)_mp./CF光电极扫描电镜照片。

图3为实施例1的(TiO₂–Fe)_mp./CF光电极的X射线衍射图。

图4为实施例1的(TiO₂–Fe)_mp./CF光电极的红外图谱。

图5为实施例中使用的(TiO₂–Fe)_mp./CF气相光电催化装置。

其中光电催化装置，1为(TiO₂–Fe)_mp./CF(导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛(TiO₂-Fe)_mp./CF光电极)，2为Cu电极，3为紫外灯，4为恒电位仪，5为温度控制系统，6为湿度控制系统，7为空气循环系统。

具体实施方式

本发明的制备工艺包括：

1)以四氯化钛为起始原料，以表面活性剂“全氟辛酸钠”的液晶为软模板、在液相化作用下，合成“液晶–无机物前躯体”溶液。四氯化钛和硝酸铁的盐酸溶液首先一起加入三口瓶中，而液晶通过漏斗加入，滴加速度一般控制在0.1–0.5ml·min^-1之间；合成“液晶–无机物前躯体”溶液；

2)将“液晶–无机物前驱体”溶液放入喷雾装置中，喷雾嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm～50cm，空气雾化喷嘴，流量0.01-0.05ml/min、压力2–10Mpa，温度20–30℃，相对湿度80–90％；

3)将“TiO₂–Fe–液晶”/CF放入索氏萃取器中，索氏萃取软模板，萃取次数1–8次，每次萃取时间10–300min，萃取温度70-90℃，使液晶软模板完全被萃取出来，合成(TiO₂–Fe)_mp./CF；

4)为完善电极结晶性能，对(TiO₂–Fe)_mp./CF进行低温热处理，温度200–250℃，时间10分钟～3小时，优选约30-60min；

5)对导电炭毡负载(TiO₂–Fe)介孔复合纳米材料比表面积、孔径、晶型、表面形貌、元素的化学形态等进行测试分析，对光电极进行电化学性能测试。

实施例1：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇(一重量份35％浓盐酸与两重量份75％乙醇的混合物，下同)混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将上述液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度80％、喷雾压力2MPa、喷雾流速0.01ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，使用萃取剂乙醇萃取次数2次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间40min，萃取温度70℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间1h，升温速率为1℃/min。所得晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为2–5nm，比表面积为1167m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片2和制备光电极1正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯3固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再通过恒电位仪4加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到97％。

实施例2：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度85％、喷雾压力6MPa、喷雾流速0.02ml/min，喷涂量为400ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数2次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间60min，萃取温度70℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间40min，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为3–7nm，比表面积为1189m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到83％。

实施例3：首先全氟辛酸铵(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将50g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度85％、喷雾压力4MPa、喷雾流速0.03ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数3次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间50min，萃取温度90℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间30min，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为1–3nm，比表面积为1176m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到91％。

实施例4：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度90％、喷雾压力5MPa、喷雾流速0.04ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数6次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间40min，萃取温度80℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间1h，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为1–3nm，比表面积为1217m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到89％。

实施例5：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度30℃、相对湿度75％、喷雾压力8MPa、喷雾流速0.05ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数6次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间40min，萃取温度80℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间30min，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为3–6nm，比表面积为1123m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到82％。

实施例6：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度90％、喷雾压力7Mpa、喷雾流速0.04ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数5次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间30min，萃取温度80℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间1h，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为2–5nm，比表面积为1157m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到87％。

实施例7：首先全氟辛酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将60g纯度为99.0％的四氯化钛，2g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为45cm、内部温度20℃、相对湿度90％、喷雾压力10MPa、喷雾流速0.05ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，萃取次数8次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间30min，萃取温度90℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间30min，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为3–6nm，比表面积为1149m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

光电催化反应装置如图5所示，将同等大小的铜片和制备光电极正对固定在左右两侧(间距为20cm)，分别作为光阴极和光阳极，紫外灯固定于中间与两极的距离分别为10cm。在空气循环系统下，用进样针注入(30±1)μL苯甲醛目标降解物，于一定温度下自由挥发使其达到吸附平衡，再加上15v偏电压，在紫外光下(12mw/cm²)进行气相苯甲醛的光电催化降解实验。光电催化降解3小时，降解率达到93％。

实施例8：首先全氟辛基磺酸钠(30g)与蒸馏水(60ml)形成液晶，其次，采用液相法，将58.5g纯度为99.0％的二氯氧钛，2.5g硝酸铁、60ml蒸馏水和5ml浓盐酸醇(一重量份35％浓盐酸与两重量份75％乙醇的混合物)混合后，控制pH值为1–3之间，加入到三口瓶中，用GS122型电子恒速搅拌器搅匀。然后将液晶加入到三口瓶中，形成“液晶-无机前驱体”溶液；另外，将11g导电炭毡(10cm×7cm)放入喷雾器中，喷嘴离导电炭毡的最佳距离为40cm、内部温度20℃、相对湿度80％、喷雾压力2MPa、喷雾流速0.01ml/min，喷涂量为500ml/dm²。获得“液晶-无机前驱体”/CF复合体。然后将其放入索氏萃取器中，使用萃取剂乙醇萃取次数2次(每次萃取液的用量是300ml)，每次萃取时间40min，萃取温度70℃。然后将索氏萃取器冷却至室温，获得“(TiO₂-Fe)_mp./CF”介孔复合纳米光电极。最后，将获得的“(TiO₂-Fe)_mp./CF”进行低温热处理，温度200℃，时间1h，升温速率为1℃/min。其晶型为锐钛矿，纳米颗粒孔径尺寸为2–5nm，比表面积为1167m²/g，介孔(TiO₂-Fe)纳米薄膜负载在导电炭毡中。

Claims

1.一种导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极的制备方法，其包括：

(3)通过喷雾法将上述“软模板–无机物前驱体”溶液涂覆在导电炭毡上，合成“软模板–无机物前驱体”/CF；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述液相化是将钛盐、铁盐、盐酸(优选浓盐酸或浓盐酸的醇溶液，例如一重量份35％浓盐酸与两重量份75％～90％乙醇或甲醇的混合物)与蒸馏水混合，优选将40～80重量份，更优选约50～70重量份钛盐、0.5～5重量份，更优选约1～3重量份铁盐与40～80重量份，优选50～70重量份蒸馏水和2～15重量份，更优选4～8重量份浓盐酸或浓盐酸醇溶液混合。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，含氟表面活性剂为20～40重量份，更优选约25～35重量份，蒸馏水为40～80重量份，更优选约50～70重量份，钛盐为40～80重量份，更优选约50～70重量份，铁盐为0.5～5重量份，更优选约1～3重量份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在步骤(2)中，在导电炭毡上的喷涂量一般为50～1000ml/dm²(导电碳毡的面积)，优选100～500ml/dm²。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的工艺，其中，在步骤(3)的索氏萃取中，以低分子量有机物甲醇或乙醇为萃取剂。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的工艺，其中，在步骤(3)中，喷雾条件为：喷嘴离工件的最佳距离为40-50cm，空气雾化喷嘴，流量0.01-0.05ml/min、压力2–10MPa，温度20–30℃，相对湿度80–90％。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的工艺，其中，在步骤(4)中，“TiO₂–Fe–液晶”/CF索氏萃取软模板，萃取次数1–8次，每次萃取时间10–300min，萃取温度70-90℃。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其中，在步骤(4)中，介孔(TiO₂–Fe)_mp./CF低温热处理温度180～300℃，优选200–250℃，时间10分钟～3小时，30-60min。

9.通过权利要求1-8中任一项所述的方法制备的导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极。

10.根据权利要求9所述的导电炭毡负载掺铁介孔氧化钛气体扩散光电极用于光电催化的用途。