一种具有光电催化性能的Ir掺杂钛基二氧化锡电极的制作方法

本发明属于电极制备技术领域，具体涉及一种具有非均相光电催化性能的ir掺杂的ti/sno2电极。

背景技术：

宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及化学稳定性良好等特性。sno2材料是一种具有金红石结构的宽禁带n型半导体材料，空间群属p42/mnm。常温下其带隙宽eg=3.6ev，可以以带间直接跃迁的方式获得高效率的辐射。

钛基锡系电极的析氧过电位较高，是电化学氧化废水体系中理想的阳极材料，但其催化效率及使用寿命仍有待提高，且其复合涂层中掺杂元素对电极性能的影响机制还不明确，使针对该类电极的改性研究成为电化学氧化有机废水体系的研究热点。本发明通过掺杂少量贵金属活性ir组元制备得到一种改性ti/sno2电极，可为处理生物难降解有机废水提供性能更优良的钛基锡系电极。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有非均相光电催化性能的ir掺杂钛基二氧化锡电极，其具有较好废水处理效果，可用于生物难降解有机废水的处理。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有光电催化性能的ir掺杂钛基二氧化锡电极，其ir的掺杂量为5mol%-25mol%。

所述ir掺杂钛基二氧化锡电极的制备方法包括以下步骤：

1）按金属离子摩尔比1:3-1:19分别称取氯铱酸和四氯化锡，将其共同溶于无水乙醇中，超声振荡使之溶解均匀，然后放置24h，得浓度15%~30%的涂液；

2）将所得涂液均匀涂覆于刻蚀过的钛基体表面，涂覆量控制在每平方厘米钛基体上铱原子的重量为0.2~0.6mg，然后经红外光照至固化，再放在500℃的箱式电阻炉中热氧化15min，出炉冷却；

3）按步骤2）反复操作3~5次后，500℃恒温退火60min，获得掺杂贵金属活性的ir改性ti/sno2电极。

为了使活性涂层和工业ta1级钛基体之间牢固地结合在一起，增加电极的表面面积，减缓基体表面钝化，所述钛基体在使用前需预先经去脂、喷砂、20wt%沸腾硫酸刻蚀40min，水洗，以除去表面的油污及可能存在的氧化物。

传统钛基二氧化锡电极中，半导体氧化物sno2只起到光催化作用，且其禁带宽度较大，光量子的产量少，降解效果差。而在其中掺入贵金属活性ir组元后，其禁带减小和杂质能级的形成能有效提高光量子，且金属ir不仅具有良好的导电性，同时还具有优良的电催化活性，ir的加入增加了复合氧化物的导电性，传荷电阻rct减小，促进了电子的转移，而ir的特殊f轨道也使掺杂ir后的电极具有更好的催化效果，其中，以ir掺杂量达到6.25mol%时催化效果最好。

而当ir掺杂量达到25mol%以上时，虽然涂层氧化物的禁带已经消失形成金属氧化物，其导电性能提高，但ir掺杂量过高会使其表层sn3d含量减少，进而牺牲其光催化性能，以电催化为主。能带分析可知，ir掺杂过量后能带减小导致光生电子与空穴复合快，这也会减小光量子产量。同时，sno2的禁带随ir含量的增加而减小，导致光生电子-空穴对的氧化还原能力下降，当禁带宽度降低到一定程度时，光生电子-空穴对就不再具有氧化或还原能力。

附图说明

图1为不同ir掺杂量的ti/sno2电极涂层的紫外-可见漫反射光谱，其中，（a）中ir掺杂量为0mol%，（b）中ir掺杂量为6.25mol%，（c）中ir掺杂量为12.5mol%,（d）中ir掺杂量为25mol%。

图2为不同ir掺杂量的ti/sno2电极在光电催化条件下降解甲基橙溶液150min后的电位-光电流曲线图。

图3为不同ir掺杂量的ti/sno2电极光电催化降解甲基橙溶液的紫外-可见吸收光谱，其中，（a）中ir掺杂量为0mol%，（b）中ir掺杂量为6.25mol%，（c）中ir掺杂量为12.5mol%,（d）中ir掺杂量为25mol%。

图4为不同ir掺杂量的ti/sno2电极光电催化降解甲基橙溶液150min后的总有机碳（toc）剩余量。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

1）按金属离子摩尔比1:15分别称取氯铱酸和四氯化锡，将其共同溶于无水乙醇中，超声振荡使之溶解均匀，然后放置24h，得涂液；

2）将工业ta1级钛板预先经去脂、喷砂、20wt%沸腾硫酸刻蚀40min，水洗；然后将步骤1）所得涂液均匀涂覆于刻蚀过的钛基体表面，涂覆量控制在每平方厘米钛基体上铱原子的重量为0.4mg，然后经红外光照至固化，再放在500℃的箱式电阻炉中热氧化15min，出炉冷却；

3）按步骤2）反复操作3~5次后，500℃恒温退火60min，获得6.25mol%ir掺杂的改性ti/sno2电极。

实施例2

1）按金属离子摩尔比1:7分别称取氯铱酸和四氯化锡，将其共同溶于无水乙醇中，超声振荡使之溶解均匀，然后放置24h，得涂液；

2）将工业ta1级钛板预先经去脂、喷砂、20wt%沸腾硫酸刻蚀40min，水洗；然后将步骤1）所得涂液均匀涂覆于刻蚀过的钛基体表面，涂覆量控制在每平方厘米钛基体上铱原子的重量为0.4mg，然后经红外光照至固化，再放在500℃的箱式电阻炉中热氧化15min，出炉冷却；

3）按步骤2）反复操作3~5次后，500℃恒温退火60min，获得12.5mol%ir掺杂的改性ti/sno2电极。

实施例3

1）按金属离子摩尔比1:3分别称取氯铱酸和四氯化锡，将其共同溶于无水乙醇中，超声振荡使之溶解均匀，然后放置24h，得涂液；

2）将工业ta1级钛板预先经去脂、喷砂、20wt%沸腾硫酸刻蚀40min，水洗；然后将步骤1）所得涂液均匀涂覆于刻蚀过的钛基体表面，涂覆量控制在每平方厘米钛基体上铱原子的重量为0.4mg，然后经红外光照至固化，再放在500℃的箱式电阻炉中热氧化15min，出炉冷却；

3）按步骤2）反复操作3~5次后，500℃恒温退火60min，获得25mol%ir掺杂的改性ti/sno2电极。

图1为不同ir掺杂量的ti/sno2电极涂层的紫外-可见漫反射光谱，其中，（a）中ir掺杂量为0mol%，（b）中ir掺杂量为6.25mol%，（c）中ir掺杂量为12.5mol%,（d）中ir掺杂量为25mol%。从图中可以看出，纯sno2的禁带宽度为3.31ev，稍小于理论值3.6ev，这主要是因为氧缺陷的存在造成禁带宽度的减小。而当掺杂6.25mol%、12.5mol%、25mol%的ir元素后，其禁带宽度分别减小为1.14ev、0.81ev、0.74ev，说明禁带宽度随着ir含量的增大而减小。

图2为不同ir掺杂量的ti/sno2电极在光电催化条件下降解甲基橙溶液150min后的电位-光电流曲线图。由图中可见，当电位大于1.1v时，电极上由于发生析氧反应而使电流迅速增大。光电流随着ir掺杂量的增加先增大而后减小，在ir含量为6.25mol%时，相较于其他掺杂量电极产生的光电流最大。这与前面的实验结果相符合，即当掺杂一定的ir后，涂层的导电性增大，且禁带减小，光生载流子产量增加，所以掺杂ir6.25mol%后，其光电流明显增大。而当ir掺杂量继续增加，虽然导电性会继续增大，但是禁带过窄会导致光生电子-空穴复合率增大，两种方式共同作用后，其结果是光电流减小。综上掺杂量为6.25mol%时具有最大的光电流。

图3为不同ir掺杂量的ti/sno2电极光电催化降解甲基橙溶液的紫外吸收光谱，其中，（a）中ir掺杂量为0mol%，（b）中ir掺杂量为6.25mol%，（c）中ir掺杂量为12.5mol%,（d）中ir掺杂量为25mol%。甲基橙在266nm、462nm两个位置存在特征吸收峰，266nm处的吸收峰是由苯环共轭体系产生的吸收峰，462nm处的吸收峰是由甲基橙的—n==n—偶氮显色基团产生的吸收峰。由图3可看出，不同ir掺杂的ti/sno2电极在降解处理不同时间后，吸光度均随降解时间的增加而减小，在降解150min后，ir掺杂量为6.25mol%及12mol%的电极的吸光度最小，即降解效果最好。

图4为不同ir掺杂量的ti/sno2电极光电催化降解甲基橙溶液150min后的总有机碳（toc）剩余量。由图4可见，在催化进行60min后，toc的去除率就能达到44%左右，这主要是因为刚开始甲基橙的浓度较大，其在溶液中能较快扩散的电极表面与光生空穴反应，但是随着反应的进行，甲基橙浓度减小使得其扩散速度减小，进而催化降解速度减慢。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。