CN111564325A - 一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 - Google Patents
一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111564325A CN111564325A CN202010430042.4A CN202010430042A CN111564325A CN 111564325 A CN111564325 A CN 111564325A CN 202010430042 A CN202010430042 A CN 202010430042A CN 111564325 A CN111564325 A CN 111564325A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- antimony
- electrode material
- film electrode
- preparation
- 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.)
- Granted
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 121
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 17
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- DAMJCWMGELCIMI-UHFFFAOYSA-N benzyl n-(2-oxopyrrolidin-3-yl)carbamate Chemical group C=1C=CC=CC=1COC(=O)NC1CCNC1=O DAMJCWMGELCIMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical group CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229910001439 antimony ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法，制备方法包括：向盐酸溶液中添加钛源和锑源化合物，搅拌混合后在水热反应得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、高温煅烧得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；置于盐酸溶液中，超声分散，搅拌条件下加入吡咯单体，搅拌均匀后逐滴滴加氧化剂，反应完成后静置，过滤、烘干，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；将制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1‑甲基‑2‑吡硌烷酮调成浆料，均匀地涂覆于导电基底上，干燥后进行煅烧处理，得到所述的薄膜电极材料。本发明制备的复合薄膜材料显著提高了二氧化钛电极材料的光电性能，且结构紧密，性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于光电转化、光电池或薄膜电池领域，具体涉及一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法。
背景技术
二氧化钛作为一种半导体材料，近年来，作为一种有希望的超级电容器电极材料而受到广泛关注，然而TiO2带隙能较大，光生载流子的复合率高，太阳能的利用率低，量子效率低，因此需要通过改性来提高基于TiO2电极的可见光的利用率和减少电子-空穴对的复合几率。目前具体改性方法有离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、有机染料改性等方法。金属离子掺杂和重金属沉积虽然可以改善TiO2在可见光下的活性，但由于金属离子容易形成电子-空穴的复合中心，需精确控制掺杂浓度，浓度过高，极易产生金属簇，阻塞TiO2表面，使TiO2在紫外光下的活性下降或者可见光下的活性远低于紫外光下的活性；同时金属掺杂成本较高且使TiO2的稳定性变差。半导体复合材料的稳定性和使用寿命往往不尽人意，而有机染料大多数具有毒性，并且容易污染环境。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)向盐酸溶液中添加钛源和锑源化合物，搅拌混合后在160-180℃条件下水热反应4-6h得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、高温煅烧得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；
(2)将步骤(1)制备的锑掺杂二氧化钛复合材料置于盐酸溶液中，超声分散，搅拌条件下加入吡咯单体，搅拌均匀后逐滴滴加氧化剂，反应完成后静置，过滤、烘干，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；
(3)将步骤(2)制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡硌烷酮调成浆料，均匀地涂覆于导电基底上，干燥后进行煅烧处理，得到所述的薄膜电极材料。
优选的，所述步骤(1)中钛源为钛酸异丙酯或钛酸正丁酯，所述锑源为三氯化锑，盐酸溶液的物质的量浓度为3-5mol/L，所述钛源和锑源的摩尔比为(5-8)∶1，锑源物质的量浓度为3-5mmol/L。
优选的，所述步骤(1)中所述的高温煅烧温度300-500℃，煅烧时间2-5h，煅烧升温速率为5-10℃/min。
优选的，所述步骤(2)中，盐酸溶液的物质的量浓度为1-2mol/L，滴加氧化剂过程在0℃的冰浴条件下完成，吡咯单体溶液的浓度为0.05-0.2mol/L，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为(0.5-1.2)∶1，吡咯单体和锑掺杂二氧化钛摩尔比例为(1-2)∶(4-1)。
优选的，所述步骤(2)中氧化剂为三氯化铁、过硫酸钾或者过硫酸铵。
优选的，步骤(2)所述反应时间24h，烘干温度40-60℃，干燥时间12-24h。
优选的，步骤(3)所述聚吡咯@锑/二氧化钛纳米粉末与聚偏氟乙烯、1-甲基-2-吡硌烷酮的质量比为1：(0.2～0.5)：(1～3)。
优选的，步骤(3)干燥过程为室温干燥，煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-4h，升温速率为5-10℃/min。
优选的，步骤(3)中涂覆厚度为10-20μm，所述导电玻璃为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、柔性导电基底、铂片、铝片或铁片。
本发明还提供上述制备方法所述制得的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在制备二氧化钛纳米材料过程中进行锑离子掺杂，并通过喷雾干燥和进一步高温煅烧处理，制备出含有介孔空心球状结构的锑掺杂二氧化钛复合材料，使锑离子均匀有序的分散在介孔二氧化钛材料中，在改善TiO2在可见光下的活性的同时，避免掺杂浓度过高导致的产生金属簇，影响TiO2活性的技术问题；
(2)通过将所制备的锑掺杂二氧化钛复合材料和吡咯单体进行混合后，冰浴条件下滴加氧化剂，引发吡咯单体的聚合反应，吡咯单体聚合过程中对锑掺杂二氧化钛复合材料进行包裹，从而制备出具有壳核结构的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料，聚吡咯是一种无毒的有机物，具有可观的导电性能和良好的光吸收性能，作为一种有机半导体物质，具有2.2eV的能带宽度，能够和锐钛矿晶型的TiO2形成良好的匹配，构成p-n异质结，异质结的形成可以在两种物质之间形成能量势垒，能垒的存在可以诱导电子和空穴的定向移动，从而减小电子-空穴对的复合几率，进一步增大材料的电极活性。
(3)将所制备的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料通过涂覆的方式负载在导电基体上，再进一步经过高温煅烧，使其结构更加致密，增强基体与复合材料的粘合力，进一步提高。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)向4mol/L盐酸溶液中添加钛酸正丁酯和三氯化锑，使三氯化锑的浓度为5mmol/L，钛酸正丁酯的浓度为40mmol/L，搅拌混合后在180℃条件下水热反应4h得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、10℃/min的升温速率升温至400℃煅烧4h，得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；
(2)将步骤(1)制备的锑掺杂二氧化钛复合材料置于1mol/L的盐酸溶液中，超声分散，制得锑掺杂二氧化钛复合材料浓度为0.2mol/L，搅拌条件下加入吡咯单体，使吡咯单体浓度为0.2mol/L，搅拌均匀后逐滴滴加三氯化铁，三氯化铁与吡咯单体的摩尔比为0.5∶1，反应24h，静置24h，过滤、50℃干燥12h，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；
(3)将步骤(2)制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡硌烷酮调成浆料，聚吡咯@锑/二氧化钛纳米粉末与聚偏氟乙烯、1-甲基-2-吡硌烷酮的质量比为1：0.5：1，均匀地涂覆于FTO导电玻璃上，涂覆厚度10μm，室温干燥后置于燃烧炉中，5℃/min的升温速率升温至500℃煅烧2h，得到所述的薄膜电极材料。
实施例2
(1)向3mol/L盐酸溶液中添加钛酸正丁酯和三氯化锑，使三氯化锑的浓度为5mmol/L，钛酸正丁酯的浓度为25mmol/L，搅拌混合后在180℃条件下水热反应6h得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、8℃/min的升温速率升温至500℃煅烧2h，得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；
(2)将步骤(1)制备的锑掺杂二氧化钛复合材料置于2mol/L的盐酸溶液中，超声分散，制得锑掺杂二氧化钛复合材料浓度为0.2mol/L，搅拌条件下加入吡咯单体，使吡咯单体浓度为0.1mol/L，搅拌均匀后逐滴滴加三氯化铁，三氯化铁与吡咯单体的摩尔比为0.8∶1，反应24h，静置24h，过滤、60℃干燥12h，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；
(3)将步骤(2)制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡硌烷酮调成浆料，聚吡咯@锑/二氧化钛纳米粉末与聚偏氟乙烯、1-甲基-2-吡硌烷酮的质量比为1：0.2：2，均匀地涂覆于FTO导电玻璃上，涂覆厚度15μm，室温干燥后置于燃烧炉中，10℃/min的升温速率升温至600℃煅烧2h，得到所述的薄膜电极材料。
实施例3
(1)向5mol/L盐酸溶液中添加钛酸正丁酯和三氯化锑，使三氯化锑的浓度为5mmol/L，钛酸正丁酯的浓度为35mmol/L，搅拌混合后在160℃条件下水热反应5h得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、10℃/min的升温速率升温至300℃煅烧5h，得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；
(2)将步骤(1)制备的锑掺杂二氧化钛复合材料置于1.5mol/L的盐酸溶液中，超声分散，制得锑掺杂二氧化钛复合材料浓度为0.2mol/L，搅拌条件下加入吡咯单体，使吡咯单体浓度为0.05mol/L，搅拌均匀后逐滴滴加三氯化铁，三氯化铁与吡咯单体的摩尔比为1∶1，反应24h，静置24h，过滤、50℃干燥24h，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；
(3)将步骤(2)制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡硌烷酮调成浆料，聚吡咯@锑/二氧化钛纳米粉末与聚偏氟乙烯、1-甲基-2-吡硌烷酮的质量比为1：0.4：3，均匀地涂覆于FTO导电玻璃上，涂覆厚度20μm，室温干燥后置于燃烧炉中，10℃/min的升温速率升温至600℃煅烧2h，得到所述的薄膜电极材料。
对比例1
同实施例1，区别在于，未加入三氯化锑。
对比例2
同实施例1，区别在于，未进行步骤(2)。
对比例3
同实施例1，区别在于，步骤(1)中升温速率为20℃/min。
对比例4
同实施例1，区别在于，步骤(3)中升温速率为20℃/min。
将实施例1-3，对比例1-4制备的薄膜电极材料作为工作电极，Pt电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用三电极体系测量该薄膜电极的光电化学性能。所用的电解质为0.5mol/L的Na2SO4水溶液，带石英窗口的电解槽，300W氙灯作为光源，入射光经过石英水槽滤掉红外光得到紫外-可见光(波长范围200～700nm，光强为85mW·cm-2，经滤光片滤去420nm以下的紫外光得到可见光，光强为15mW·cm-2。测试时将氙灯产生的平行光照射到涂覆有光催化剂的工作电极的表面，涂覆面积为1cm*1cm，其它部分用聚四氟乙烯脱脂生胶带包裹起来。瞬态光电流测试采用0.5V的偏压，数据点采集的间隔时间为0.2s。光照间歇时间为20s。对复合薄膜电极的光电化学性能进行检测，检测结果见表1。
表1
| 模拟可见光下的光电流，μA/cm<sup>2</sup> | 模拟太阳光下的光电流，μA/cm<sup>2</sup> | |
| 实施例1 | 1.25 | 4.22 |
| 实施例2 | 1.16 | 4.15 |
| 实施例3 | 1.07 | 4.06 |
| 对比例1 | 0.52 | 2.38 |
| 对比例2 | 0.35 | 2.55 |
| 对比例3 | 0.88 | 3.64 |
| 对比例4 | 0.96 | 3.85 |
表1数据表明本发明制备的复合薄膜电极具有良好的光电化学性能和应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向盐酸溶液中添加钛源和锑源化合物，搅拌混合后在160-180℃条件下水热反应4-6h得前驱体溶液，将溶液进行喷雾干燥、高温煅烧得介孔空心球状锑掺杂二氧化钛复合材料；
(2)将步骤(1)制备的锑掺杂二氧化钛复合材料置于盐酸溶液中，超声分散，搅拌条件下加入吡咯单体，搅拌均匀后逐滴滴加氧化剂，反应完成后静置，过滤、烘干，得聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料；
(3)将步骤(2)制得的聚吡咯@锑/二氧化钛复合材料与聚偏氟乙烯均匀混合，加入1-甲基-2-吡硌烷酮调成浆料，均匀地涂覆于导电基底上，干燥后进行煅烧处理，得到所述的薄膜电极材料。
2.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛源为钛酸异丙酯或钛酸正丁酯，所述锑源为三氯化锑，盐酸溶液的物质的量浓度为3-5mol/L，所述钛源和锑源的摩尔比为(5-8)∶1，锑源物质的量浓度为3-5mmol/L。
3.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述的高温煅烧温度300-500℃，煅烧时间2-5h，煅烧升温速率为5-10℃/min。
4.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，盐酸溶液的物质的量浓度为1-2mol/L，滴加氧化剂过程在0℃的冰浴条件下完成，吡咯单体溶液的浓度为0.05-0.2mol/L，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为(0.5-1.2)∶1，吡咯单体和锑掺杂二氧化钛摩尔比例为(1-2)∶(4-1)。
5.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氧化剂为三氯化铁、过硫酸钾或者过硫酸铵。
6.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应时间24h，烘干温度40-60℃，干燥时间12-24h。
7.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述聚吡咯@锑/二氧化钛纳米粉末与聚偏氟乙烯、1-甲基-2-吡硌烷酮的质量比为1：(0.2～0.5)：(1～3)。
8.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)干燥过程为室温干燥，煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-4h，升温速率为5-10℃/min。
9.根据权利要求1所述的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中涂覆厚度为10-20μm，所述导电玻璃为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃、柔性导电基底、铂片、铝片或铁片。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010430042.4A CN111564325B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010430042.4A CN111564325B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111564325A true CN111564325A (zh) | 2020-08-21 |
| CN111564325B CN111564325B (zh) | 2021-06-15 |
Family
ID=72072235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010430042.4A Expired - Fee Related CN111564325B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111564325B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113292142A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-08-24 | 浙江大学 | 一种光电协同电容去离子电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113787795A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-12-14 | 哈尔滨理工大学 | 一种三明治结构聚吡咯/聚偏氟乙烯复合薄膜及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102600907A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-25 | 南京大学 | 一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂及其制备方法 |
| CN105788870A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-20 | 浙江工业大学 | 介孔空心球状二氧化钛/三氧化钨复合材料在薄膜电极制备中的应用 |
| CN110783111A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-11 | 广州大学 | 一种二氧化钛薄膜电极及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-05-20 CN CN202010430042.4A patent/CN111564325B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102600907A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-25 | 南京大学 | 一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂及其制备方法 |
| CN105788870A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-20 | 浙江工业大学 | 介孔空心球状二氧化钛/三氧化钨复合材料在薄膜电极制备中的应用 |
| CN110783111A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-11 | 广州大学 | 一种二氧化钛薄膜电极及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DESONG WANG: ""Sunlight photocatalytic activity of polypyrrole–TiO2 nanocomposites prepared by ‘in situ’ method"", 《SCIENCE DIRECT》 * |
| 侯宪辉: ""聚吡咯及聚吡咯/二氧化钛复合材料的制备与性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113292142A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-08-24 | 浙江大学 | 一种光电协同电容去离子电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113787795A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-12-14 | 哈尔滨理工大学 | 一种三明治结构聚吡咯/聚偏氟乙烯复合薄膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111564325B (zh) | 2021-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kakiuchi et al. | Enhanced photoelectrochemical performance of ZnO electrodes sensitized with N-719 | |
| CN109402656B (zh) | 一种磷化钴修饰钼掺杂钒酸铋光电极的制备方法 | |
| CN103708559B (zh) | 一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜及其制备方法 | |
| CN103170358B (zh) | 一种多孔g-C3N4光催化剂及其制备方法 | |
| CN107570190B (zh) | 碳掺杂氮化碳薄膜电极的制备方法 | |
| CN105293563B (zh) | 氧化锌纳米片簇及其制备方法 | |
| CN106848494A (zh) | 一种碳自掺杂氮化碳纳米薄膜电极的简单制备方法 | |
| CN111564325B (zh) | 一种复合型二氧化钛介孔薄膜电极材料及其制备方法 | |
| CN101143357B (zh) | 一种纳米晶薄膜及其低温制备方法 | |
| CN106128772B (zh) | 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法 | |
| CN107130256B (zh) | 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用 | |
| Liu et al. | Preparation and photovoltaic properties of dye-sensitized solar cells based on zinc titanium mixed metal oxides | |
| CN104377036B (zh) | 一种In2S3为缓冲层的AgInS2量子点敏化TiO2光电极的制备方法 | |
| CN108842168B (zh) | 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极 | |
| CN103050289B (zh) | 聚苯胺透明对电极基双面染料敏化太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| KR20090080205A (ko) | 숙성 및 해교를 통한 티타니아의 제조방법, 및 이를 이용한염료감응형 태양전지용 광전극 | |
| CN103887071A (zh) | 一种柔性染料敏化太阳能电池纳米纸基复合光阳极及其制备方法 | |
| CN108987117A (zh) | CoSe2电催化材料的制备方法及其在双面准固态染料敏化太阳能电池中的应用 | |
| CN109585054A (zh) | 绿色溶剂替换法干燥的导电碳浆应用于钙钛矿太阳能电池 | |
| CN105244171B (zh) | 一种原位合成ZnO纳米片光阳极膜及其制备方法 | |
| CN113023774A (zh) | 一种高活性晶面共暴露的锐钛矿型TiO2纳米晶的制备方法及应用 | |
| CN112691664A (zh) | 一种Fe2O3/TiO2纳米光催化剂薄膜复合材料及其制备方法 | |
| CN113293404A (zh) | 一种异质结光阳极材料及其制备方法和应用 | |
| CN107342364A (zh) | 一种氧化锌‑聚苯胺三明治结构的紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN111755255B (zh) | 一种增强型二氧化钛基薄膜电池 |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210615 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |