CN107326394A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极材料的方法。该方法采用阳极氧化法制备二氧化钛光纳米管阳极，通过煅烧三聚氰酸和三聚氰胺的混合物制备氮化碳，将三聚氰酸三聚氰胺混合物均匀铺在两片阳极氧化后的二氧化钛之间，通过在氮气中煅烧，使氮化碳生长在二氧化钛纳米管的管壁及管径内，得到氮化碳包覆的二氧化钛纳米管光阳极，提高其光电性能。本发明制备简单，反应容易控制，易制得包覆氮化碳的二氧化钛纳米管，且氮化碳在二氧化钛纳米管上包覆效果较好。

Description

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
技术领域
本发明属于光阳极修饰技术领域，特别涉及一种氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法。
背景技术
近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻求新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能,它作为二次能源,具有清洁、高效、安全、可储存等诸多优点,是一种公认的新世纪无污染的绿色能源,因此受到了国际的高度重视。以TiO2或TiO2复合材料为光极材料应用于电解水制氢的研究得到了蓬勃发展。纳米管具有更大的比表面积,更强的吸附能力，这些原因均可导致其具有更高的水分解产氧效率。用TNTAs为光电极可以得到更高的产氧量和产氢量。
然而,由于TiO2是一个宽带隙半导体，只能被紫外光激发,而紫外光只占整个太阳光的4％,对太阳光的利用率很低，因此如果以单一TiO2纳米材料作为光电极,将严重限制光催化分解水产氧的应用。
由于半导体材料二氧化钛只能吸收波长较小的紫外光且光生电子空穴易复合，在光电催化应用方面受到了很大的限制，因此对其进行改性很有必要。将二氧化钛与禁带宽度较小的半导体进行复合是改进半导体性能的一种有效手
段。在光照情况下，半导体受到光的激发，产生的电子和空穴分别存在不同半导体的导带和价带上，进而电子和空穴进行转移，有效实现电子空穴的分离，扩大光响应，提高光催化活性。而氮化碳(C3N4)作为一种新型的光催化材料，是近年来受到广泛研究的重要非金属材料。相比其他催化剂,由于其适中的带隙，氮化碳可以吸收更多的可见光。其能级结构与二氧化钛的能级能够很好的匹配，氮化碳产生的电子能够较快较好的传输到TiO2上面，因此有较高光电催化活性。在光电催化领域具有不可小觑的地位。到目前为止,关于C3N4-TiO2复合材料的研究并不多见。有报道用水热法和热转换法制备C3N4-TiO2复合光催化材料,可以有效地光催化降解有害有机物。
由于二氧化钛纳米管和氮化碳在光电催化方面都具有很高的研究价值，所以将二者进行结合，形成能级匹配的异质结，可以有效地增加光的利用率并且抑制电子空穴的复合，很好的解决了二氧化钛在光电催化领域现有的一些缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，提高作为光阳极材料的二氧化钛的光电性能。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
氮气中煅烧三聚氰酸和三聚氰胺混合体的方法，使阳极氧化的二氧化钛纳米管包裹上氮化碳，提高其光电性能，包括以下步骤：
步骤1)阳极氧化的工作电极采用纯钛片(99％)，对电极为铂片，以含氟化铵，水，丙三醇的溶液为电解液，阳极氧化得到二氧化钛纳米管。
步骤2)称取摩尔比相同的三聚氰酸、三聚氰胺，置于去离子水中进行搅拌，得到三聚氰酸和三聚氰胺的混合物。
步骤3)称取一定量的混合物均匀铺在两片未煅烧的二氧化钛纳米管之间，在氮气中550℃下煅烧，得到氮化碳修饰的二氧化钛纳米管光阳极。
进一步的，所述的阳极氧化的氟化铵溶液的浓度为0.3～0.7wt％。
进一步的，所述的阳极氧化的氟化铵溶液中丙三醇与水体积比为4:1。
进一步的，所述的阳极氧化的电压为10～50V，若电压过低，则形成的TiO2纳米管速度较慢，孔径较小管、径较短；若电压过高，则反应速度过快，TiO2纳米管径难以形成。
进一步的，所述的制备氮化碳的前体材料为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素中的一种或多种混合。
进一步的，所述的两种前体材料混合时的比例为0:1至1:0之间。
进一步的，所述的煅烧温度为550℃。
进一步的，所述的煅烧气氛为氮气中。
进一步的，所述的氮化碳修饰的二氧化钛光阳极具有核壳结构。
与现有技术相比，本发明的效果及优点是：
(1)常温下进行阳极氧化，及氮气中煅烧氮化碳，得到氮化碳均匀包裹二氧化钛纳米管的复合材料，较好的提高了二氧化钛的光电流，操作简便易控制；
(2)阳极氧化及煅烧的设备简单，较易达到工业化生产的规模和要求；
(3)g-C3N4/TiO2复合材料比较稳定，可在酸性和碱性条件下使用。
由上述优点可见，本发明对提高作为光阳极材料的二氧化钛的光电性能有重要意义。
附图说明
图1实施例1中，氮化碳修饰二氧化钛前后的扫描电镜图。
图2实施例1中，氮化碳修饰二氧化钛前后的光电流图(0.1M Na2SO4,100mW/cm2)。
具体实施方式
以下通过具体实施例结合附图详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。
氮气中煅烧得到氮化碳的方法，在阳极氧化的二氧化钛上包覆氮化碳，提高其光电性能，包括以下步骤：
步骤1)阳极氧化的工作电极采用纯钛片(99％)，对电极为铂片，以含氟化铵，水，丙三醇的溶液为电解液，阳极氧化得到二氧化钛。
步骤2)称取摩尔比相同的三聚氰酸、三聚氰胺，置于去离子水中进行搅拌，得到三聚氰酸和三聚氰胺的混合物。
步骤3)称取一定量的混合物均匀铺在两片未煅烧的TiO2之间，在氮气中550℃下煅烧，得到氮化碳修饰的二氧化钛光阳极。
进一步的，所述的阳极氧化的氟化铵溶液的浓度为0.5wt％。
进一步的，所述的阳极氧化的氟化铵溶液甘油水的体积比为4:1。
进一步的，所述的阳极氧化的电压为30V。
进一步的，所述的三聚氰酸与三聚氰胺的摩尔比为1:1。
进一步的，所述的煅烧温度为550℃。
进一步的，所述的煅烧气氛为氮气中。

Claims (9)

1.一种氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于，采用氮气中煅烧的方法，使阳极氧化的二氧化钛纳米管光阳极管壁管径内外生长一层氮化碳，提高其光电性能，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)阳极氧化的工作电极采用纯钛片(99％)，对电极为铂片，以含氟化铵，水，丙三醇的溶液为电解液，阳极氧化得到二氧化钛纳米管。
步骤2)称取摩尔比相同的三聚氰酸、三聚氰胺，置于去离子水中进行搅拌，得到三聚氰酸和三聚氰胺的混合物。
步骤3)称取一定量的混合物均匀铺在两片未煅烧的二氧化钛纳米管之间，在氮气中550℃下煅烧，得到氮化碳修饰的二氧化钛纳米管光阳极。
2.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：氟化铵溶液的浓度为0.3～0.7wt％。
3.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管阳极的方法，其特征在于：氟化铵溶液中丙三醇与水的体积比为4:1。
4.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：阳极氧化电压为10～50V。
5.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：所用制备氮化碳的前体材料为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素中的一种或多种混合。
6.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：两种前体材料混合时的比例为0:1至1:0之间。
7.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：煅烧温度550℃。
8.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：煅烧气氛为氮气中。
9.如权利要求1所述的氮化碳修饰二氧化钛纳米管光阳极的方法，其特征在于：具有明显的核壳结构。
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