CN107230551B - 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法 - Google Patents

一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107230551B
CN107230551B CN201710385073.0A CN201710385073A CN107230551B CN 107230551 B CN107230551 B CN 107230551B CN 201710385073 A CN201710385073 A CN 201710385073A CN 107230551 B CN107230551 B CN 107230551B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
gqds
nis
nickel
distilled water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710385073.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107230551A (zh
Inventor
刘勇平
杨之书
吕慧丹
耿鹏
林剑飞
米喜红
林佩怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Technology
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN201710385073.0A priority Critical patent/CN107230551B/zh
Publication of CN107230551A publication Critical patent/CN107230551A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107230551B publication Critical patent/CN107230551B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种TiO2/GQDs/NiS复合光阳极及其制备方法,解决了TiO2光电转换效率较低的问题。本发明以钛片为基体,含有石墨烯量子点的乙二醇、氟化铵水溶液为电解液,通过阳极氧化法,制备出含有石墨烯量子点(GQDs)的TiO2复合膜。再通过连续离子层吸附‑沉淀反应将NiS纳米颗粒沉积到TiO2表面,然后在氮气管式炉中,退火20min得到TiO2/GQDs/NiS复合光阳极。TiO2/GQDs/NiS(浸渍8次)复合膜光电流密度是TiO2纳米管的2倍。本发明方法简便、易于操作,所制备的TiO2/GQDs/NiS复合光电极具有很高的光催化活性及稳定性。

Description

一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法
技术领域
本发明所属技术领域为光催化、光电化学材料技术领域,特别涉及二氧化钛异质结光催化剂开发及制备方法。
背景技术
TiO2纳米管阵列(TNA)由于其高的比表面积,优良的电荷传输性能、无毒、催化活性高、化学稳定性和低成本等优点而受到研究者们的青睐。TNA在气体传感器、太阳能电池、生物催化剂、生物医学植入材料和锂离子电池等方面的应用是很吸引人的。然而TiO2仅能吸收500nm以下波长的太阳光,无法充分利用太阳光的能源;并且光生电子空穴对易于复合,导致光电转换效率较低,在实际应用中仍有许多地方有待改进和完善。因此对TiO2光敏半导体通过改性形成异质结,以提高其光电化学性能。对光催化活性具有重要意义。
GQDs具有很强的sp2杂化碳结构,因此其稳定性非常好,在高强度紫外光条件下也不发生化学变化。而且石墨烯量子点是非金属的碳材料结构,稳定性好、成本低、污染小、在各方面都有很大的应用前景。然而,GQDs的研究还处于早期阶段,这种材料的潜能还没有完全探索出来,因此针对GQDs独特的物理化学性质,将GQDs与TiO2光敏半导体材料进行复合改性。
硫化镍是一种窄带隙的直接半导体,吸光系数较高,被应用于太阳能电池、光电导元件、光电设备的光敏薄膜、光敏涂料和红外探测器等。特别地,NiS因其带隙比较窄而具有非常宽的吸收光谱,使其成为一种高效的半导体光催化剂材料。所以本专利中将NiS作为助催化剂与TiO2构建异质结催化剂,以提高TiO2的光电化学性能及稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光催化剂纳米TiO2/GQDs/NiS光阳极及其制备方法,该方法操作简便、易于操作,所制备的TiO2纳米管复合膜具有很高的光催化活性。
具体步骤为:
(1)阳极氧化合成TiO2纳米管,将钛片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。电解液为0.3wt%的氟化铵和2wt%的蒸馏水以及100mL的乙二醇,向电解液中加入5~50mL的石墨烯量子点,设置直流稳压电源输出电压为 20~100V,阳极氧化时间进行0.5~5h后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,得到包含GQDs的TiO2纳米管阵列膜。
(2)将步骤(1)中制备的光阳极浸入0.03M的乙醇化的镍盐溶液中 0.5~5min,然后用乙醇冲洗掉样品表面过量松散的吸附离子,再将光电极浸入 0.03M的硫源和甲醇水溶液中2~6min,硫源:甲醇体积比为1:1。最后将样品试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,保存待处理。
(3)将步骤(2)中的样品试片置于管式炉中,将管式炉中抽成真空,再充入氮气,待管式炉中充满氮气后,以5℃/min的升温速率升温至300~600℃,退火2h,待其降温后取出,得到钛箔表面沉积TiO2/GQDs/NiS复合膜光阳极。
所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、氟化镍、苯甲酸镍中的一种。
所述硫源为硫化钠、硫化钾、硫化铵中的一种。
所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。
本发明TiO2/GQDs/NiS复合物展示出了优异的吸光性能和很强的光电化学响应,光生电流密度为是纯TiO2的2倍;同时有较好的稳定性,因此, TiO2/GQDs/NiS作为一种可见光响应材料,在环境污染如降解染料、光催化处理污水,太阳能电池等方面具有很大的应用潜能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的浸渍不同次数的TiO2和TiO2/GQDs/NiS的 XRD图谱。
图2为本发明实施例1制备TiO2/GQDs/NiS的拉曼光谱图
图3为本发明实施例1制备TiO2/GQDs/NiS的透射电镜图。
图4为本发明实施例1制备的TiO2和TiO2/GQDs/NiS复合物的光生电流曲线。
具体实施方式
实施例1:
(1)阳极氧化合成TiO2纳米管,将钛片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。电解液为0.3wt%的氟化铵和2wt%的蒸馏水以及100mL的乙二醇,向电解液中加入10mL的石墨烯量子点,设置直流稳压电源输出电压为60V,阳极氧化时间进行2h后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,保存待处理。
(2)将步骤(1)中制备的光阳极浸入0.03M的乙醇化的硝酸镍溶液中2min,然后用乙醇冲洗掉样品表面过量松散的吸附离子,再将光电极浸入0.03M的硫化钠水溶液中5min。将样品试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,重复此步骤5次,保存待处理。
(3)将步骤(2)中的样品试片置于管式炉中,将管式炉中抽成真空,再充入氮气,待管式炉中充满氮气后,以5℃/min的升温速率升温至380℃,退火 2h,待其降温后取出,得到钛箔表面沉积TiO2/GQDs/NiS复合膜光阳极。
此法获得的TiO2/GQDs/NiS复合膜光电流密度为是纯TiO2的2倍。
实施例2:
(1)阳极氧化合成TiO2纳米管,将钛片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。电解液为0.3wt%的氟化铵和2wt%的蒸馏水以及100mL的乙二醇,向电解液中加入15mL的石墨烯量子点,设置直流稳压电源输出电压为60V,阳极氧化时间进行2h后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,保存待处理。
(2)将步骤(1)中制备的光阳极浸入0.03M的乙醇化的硫酸镍溶液中2min,然后用乙醇冲洗掉样品表面过量松散的吸附离子,再将光电极浸入0.03M的硫化钾水溶液中5min,再样品试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,重复此步骤3次,烘干,保存待处理。
(3)将步骤(2)中的样品试片置于管式炉中心,将管式炉中抽成真空,再充入氮气,待管式炉中充满氮气后,以5℃/min的升温速率升温至500℃,退火2h,待其降温后取出,得到钛箔表面沉积TiO2/GQDs/NiS复合膜光阳极。
此法获得的TiO2/GQDs/NiS复合膜光电流密度为是纯TiO2的1.8倍。
实施例3:
(1)阳极氧化合成TiO2纳米管,将钛片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。电解液为0.3wt%的氟化铵和2wt%的蒸馏水以及100mL的乙二醇,向电解液中加入20mL的石墨烯量子点,设置直流稳压电源输出电压为60V,阳极氧化时间进行2h后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,保存待处理。
(2)将步骤(2)中制备的光阳极浸入0.03M的乙醇化的氯化镍溶液中4min,然后用乙醇冲洗掉样品表面过量松散的吸附离子,再将光电极浸入0.03M的硫化铵水溶液中6min,再将样品试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,重复此步骤8次,保存待处理。
(3)将步骤(2)中的样品试片置于管式炉中心,将管式炉中抽成真空,再充入氮气,待管式炉中充满氮气后,以5℃/min的升温速率升温至450℃,退火2h,待其降温后取出,得到钛箔表面沉积TiO2/GQDs/NiS复合膜光阳极。
此法获得的TiO2/GQDs/NiS复合膜光电流密度为是纯TiO2的1.6倍
以上实施例所述化学试剂纯度均为化学纯。

Claims (1)

1.一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极,摩尔比组成为TiO2 85~99%,石墨烯量子点(GQDs)0.1~5%,NiS0.5~10%;所述TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极的制备方法,具体步骤为:
(1)阳极氧化合成TiO2纳米管,将钛片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟;电解液为0.3wt%的氟化铵和2wt%的蒸馏水以及100mL的乙二醇,向电解液中加入5~50mL的石墨烯量子点,设置直流稳压电源输出电压为20~100V,阳极氧化时间进行0.5~5h后结束;最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,得到包含GQDs的TiO2纳米管阵列膜;
(2)将步骤(1)中制备的光阳极浸入0.03M的乙醇化的镍盐溶液中0.5~5min,然后用乙醇冲洗掉样品表面过量松散的吸附离子,再将光电极浸入0.03M的硫源和甲醇水溶液中2~6min,硫源:甲醇体积比为1:1;最后将样品试片用蒸馏水冲洗,冷风吹干,保存待处理;
(3)将步骤(2)中的样品试片置于管式炉中,将管式炉中抽成真空,再充入氮气,待管式炉中充满氮气后,以5℃/min的升温速率升温至300~600℃,退火2h,待其降温后取出,得到钛箔表面沉积TiO2/GQDs/NiS复合膜光阳极;
其特征在于:步骤(3)中镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、氟化镍、苯甲酸镍中的一种,硫源为硫化钠、硫化钾、硫化铵中的一种。
CN201710385073.0A 2017-05-26 2017-05-26 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法 Active CN107230551B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710385073.0A CN107230551B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710385073.0A CN107230551B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107230551A CN107230551A (zh) 2017-10-03
CN107230551B true CN107230551B (zh) 2019-10-11

Family

ID=59933841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710385073.0A Active CN107230551B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107230551B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108906032B (zh) * 2018-07-05 2021-04-30 山东理工大学 一种GOQDs/TiO2/WO3光催化剂的制备及其应用
CN108993546B (zh) * 2018-07-12 2021-03-02 福州大学 高效光催化水裂解产氢和醇氧化的异质结光催化剂
CN111230140B (zh) * 2020-02-13 2022-05-10 合肥工业大学 一种介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103474243A (zh) * 2013-09-27 2013-12-25 夏国栋 基于硫化镍纳米片的染料敏化太阳能电池对电极制备方法
CN105826077A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 北京航空航天大学 一种用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104737254B (zh) * 2012-09-12 2018-02-27 韩国化学研究院 具备光吸收结构体的太阳能电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103474243A (zh) * 2013-09-27 2013-12-25 夏国栋 基于硫化镍纳米片的染料敏化太阳能电池对电极制备方法
CN105826077A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 北京航空航天大学 一种用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NEW HYBRID NiS2/TiO2-GRAPHENE PHOTOCATALYST: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION, OPTICAL PROPERTIES AND CATALYTIC APPLICATIONS;Meng, Ze-Da等;《FRESENIUS ENVIRONMENTAL BULLETIN》;20131231;第1246-1252页 *
Preparation of CuS-graphene oxide/TiO2 composites designed for high photonic effect and photocatalytic activity under visible light;PARK ChongYeon等;《催化学报》;20131231;第34卷(第4期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107230551A (zh) 2017-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. A low-cost photoelectrochemical tandem cell for highly-stable and efficient solar water splitting
Lewis Developing a scalable artificial photosynthesis technology through nanomaterials by design
Wang et al. Solar photocatalytic fuel cell using CdS–TiO2 photoanode and air-breathing cathode for wastewater treatment and simultaneous electricity production
Yang et al. Stable quantum dot photoelectrolysis cell for unassisted visible light solar water splitting
Mor et al. p-Type Cu− Ti− O nanotube arrays and their use in self-biased heterojunction photoelectrochemical diodes for hydrogen generation
Chen et al. Nano-architecture and material designs for water splitting photoelectrodes
Coridan et al. Electrical and photoelectrochemical properties of WO3/Si tandem photoelectrodes
Seabold et al. Photoelectrochemical properties of heterojunction CdTe/TiO2 electrodes constructed using highly ordered TiO2 nanotube arrays
Yu et al. ZnS/ZnO heteronanostructure as photoanode to enhance the conversion efficiency of dye-sensitized solar cells
CN106745474B (zh) 可见光响应的三氧化钨-钒酸铋异质结薄膜电极制备方法
CN107230551B (zh) 一种TiO2/GQDs/NiS异质结光阳极及其制备方法
CN108823573B (zh) 一种水热法制备Ni3S2/TiO2纳米管复合膜光阳极的方法
Saboo et al. Water splitting on 3D-type meso/macro porous structured photoanodes based on Ti mesh
Yan et al. Self-driven hematite-based photoelectrochemical water splitting cells with three-dimensional nanobowl heterojunction and high-photovoltage perovskite solar cells
Ampelli et al. Analysis of the factors controlling performances of Au-modified TiO2 nanotube array based photoanode in photo-electrocatalytic (PECa) cells
CN103871750B (zh) 锐钛矿TiO2纳米树状阵列及其在太阳能电池制备中的应用
CN103354283A (zh) 金纳米粒子修饰树枝状二氧化钛纳米棒阵列电极及其制备方法和光电解水制氢应用
CN102874747B (zh) 一种基于金属氧化物纳米阵列电场导向外延生长水滑石制备多级结构材料的方法
CN103489651A (zh) 一种硒化镉纳米颗粒修饰二氧化钛纳米管阵列电极材料的制备方法
Shin et al. Highly transparent dual-sensitized titanium dioxide nanotube arrays for spontaneous solar water splitting tandem configuration
CN107188163A (zh) 一种自组装石墨烯原位生长纳米棒阵列复合膜及其制备方法
CN108866563A (zh) 一种硼化钴修饰的钒酸铋膜光电阳极、其制备方法与用途
CN107326394B (zh) 一种制备具有核壳结构氮化碳修饰二氧化钛光阳极的方法
Feng et al. Anion-exchange membrane electrode assembled photoelectrochemical cell with a visible light responsive photoanode for simultaneously treating wastewater and generating electricity
CN108273486B (zh) 一种碳纳米管/二次阳极氧化TiO2纳米管光催化剂材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20171003

Assignee: Guangxi Guiren Energy Saving Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000610

Denomination of invention: A TiO22/GQDs/NiS heterojunction photoanode and its preparation method

Granted publication date: 20191011

License type: Common License

Record date: 20221230

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract