薄膜电极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理领域，具体涉及一种具有纳米结构的C3N4电极的制备方法，以及采用此电极在可见光下光电催化降解水中有机污染物的应用研究。
【背景技术】
[0002]近年来，高级氧化技术已成为去除水体中有毒有害难降解有机污染物的有效方法之一。与单独光催化或电氧化相比，电氧化和光催化耦合技术在处理水中有机污染物方面具有明显协同催化效果，优势显著。
[0003]具有可见光催化活性的光催化剂可以充分利用太阳光中的可见光部分，高效降解污染物。近年来，具有可见光催化活性的电极材料因具有较高的可见光催化活性而备受关注。其中，C3N4是一种新型可见光催化剂，它具有良好的化学稳定性和热稳定性，以及特殊的机械、电子和光学性能，近年来日益受到重视。目前，C3N4催化剂在使用中主要局限于粉末状态。关于C3N4电极的报道有限，且C 3N4电极普遍存在电极不稳定、C 3N4膜容易脱落等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种具有可见光响应的C3N4薄膜电极及其制备方法，得到了具有稳定性好、不易脱落且具有良好光电性能的电极薄膜。
[0005]本发明目的是制备高效稳定的具有可见光催化特性的纳米结构的C3N4薄膜电极。
[0006]本发明具体包括下面内容=C3N4薄膜电极构建制备与表征；电极光电化学性能与光电催化降解水中有机污染物。光电催化反应装置为传统的光电反应装置。制备的电极为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。
[0007]C3N4薄膜电极制备方法，其特征在于，首先制备C 3N4前驱体，然后在导电基底经过高温热处理前驱体，烧制成C3N4薄膜电极
[0008]C3N4薄膜电极制备方法具体如下:
[0009]1.1TO玻璃预处理:一定尺寸的ITO玻璃用洗涤剂清洗，去离子水清洗，将双氧水、氨水、水按照一定的比例混合，然后放入ITO玻璃煮沸30min，去离子水洗涤，乙醇超声15min，浸泡在乙醇中保存。
[0010]2.C3N4前驱体粉末的制备:按照一定的摩尔比称取一定量的三聚氰酸、双氰胺、苯并胍胺、硫脲、巴比妥酸，倒入锥形瓶中并加入适量去离子水，然后用振荡培养箱或者磁力搅拌器以一定的转速振荡摇匀一段时间，得到的白色乳液离心分离，将固体样品干燥，即得到前驱体粉末。
[0011]3.C3N4薄膜电极的制备:将洗好的ITO导电玻璃放入石英舟中，称取一定量前驱体粉末覆盖于ITO之上，将石英舟密封放入管式炉，程序升温，升温预定温度后保温一定的时间。
[0012]上述制备方法中，步骤2中，转速在200-500r/min，搅拌时间控制在4_8小时，离心速度为 7500r/min。
[0013]上述制备方法中，步骤3中，前驱体质量根据电极膜的厚度来确定，程序升温速率为3-5°C /min，升温到400_600°C，保温2_5小时。
【附图说明】
[0014]图1为C3N4薄膜电极扫描电镜图
[0015]图2为C3N4薄膜电极的X射线衍射结果
[0016]图3为C3N4薄膜电极在可见光下的光电流响应性能
[0017]图4为实施例1中C3N4薄膜电极在不同电压下降解亚甲基蓝的情况
[0018]图5为实施例2中C3N4薄膜电极在不同pH下降解亚甲基蓝的情况
[0019]图6为实施例3中C3N4薄膜电极的稳定性测试
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]本发明提供了一种光电催化降解亚甲基蓝的方法。电化学和光电降解实验采用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器公司)。光源为氙灯(北京泊菲来有限公司)，可以提供紫外和可见光。
[0022]反应体系为三电极系统，对电极为铂丝(长70mm，直径0.4mm)，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为负载在导电玻璃上的C3N4薄膜(有效面积为8cm2)。电解质溶液为
0.05mol/L的Na2SOjK溶液。亚甲基蓝反应液体积为lOOmL，初始浓度为10mg/L。
[0023]反应中，通过电化学工作站的i_t曲线向电极施加电压，分别调节电压为0.5、1、
1.5、2V。每隔30min取一次样，每次取2mL，通过UV-3000分光光度计测试亚甲基蓝溶液的浓度，测试波长为664nm。经过本方法处理亚甲基蓝去除率能达到60%，如附图4所示。
[0024]实施例2
[0025]本发明提供了一种光电催化降解亚甲基蓝的方法。电化学和光电降解实验采用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器公司)。光源为氙灯(北京泊菲来有限公司)，可以提供紫外和可见光。
[0026]反应体系为三电极系统，对电极为铂丝(长70mm，直径0.4mm)，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为负载在导电玻璃上的C3N4薄膜(有效面积为8cm2)。电解质溶液为0.05mol/L的Na2SOjK溶液。亚甲基蓝反应液体积为lOOmL，初始浓度为10mg/L。
[0027]反应中，通过电化学工作站的i_t曲线向电极施加电压，调节电压为IV，分别调节溶液的pH为4、6、8、10。每隔30min取一次样，每次取2mL，通过UV-3000分光光度计测试亚甲基蓝溶液的浓度，测试波长为664nm。经过本方法处理亚甲基蓝去除率能达到75%，如附图5所示。
[0028]实施例3
[0029]本发明提供了一种光电催化降解亚甲基蓝的方法。电化学和光电降解实验采用CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器公司)。光源为氙灯(北京泊菲来有限公司)，可以提供紫外和可见光。
[0030]反应体系为三电极系统，对电极为铂丝(长70mm，直径0.4mm)，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为负载在导电玻璃上的C3N4薄膜(有效面积为8cm2)。电解质溶液为0.05mol/L的Na2SOjK溶液。亚甲基蓝反应液体积为lOOmL，初始浓度为10mg/L。
[0031 ] 反应中，通过电化学工作站的i_t曲线向电极施加电压，调节电压为I V，溶液pH为中性，做5次循环实验，测试电极的稳定性。每隔30min取一次样，每次取2mL，通过UV-3000分光光度计测试亚甲基蓝溶液的浓度，测试波长为664nm。经过实验发现电极具有很好的稳定性，如附图6所示。
【主权项】
1.一种具有可见光活性的C 3N4薄膜电极的制备方法，其特征在于，首先制备C 3N4前驱体，然后在导电基底经过高温热处理前驱体，烧制成C3N4薄膜电极。2.如权利要求1所述的一种具有可见光活性的C3N4薄膜电极的制备方法，其特征在于，首先制备C3N4前驱体，按照一定的摩尔比称取一定量的三聚氰酸、双氰胺、苯并胍胺、硫脲、巴比妥酸，倒入锥形瓶中并加入适量去离子水，然后用振荡培养箱或者磁力搅拌器以一定的转速振荡摇匀一段时间，得到的白色乳液离心分离，将固体样品干燥，即得到前驱体粉末。3.如权利要求1和2所述的一种具有可见光活性的C3N4薄膜电极的制备方法，其特征在于，培养箱转速在200-500r/min，搅拌时间控制在4_8小时，离心速度为7500r/min。4.如权利要求1所述的一种具有可见光活性的C3N4薄膜电极的制备方法，其特征在于，将洗好的导电基底放入石英舟中，称取一定量前驱体粉末覆盖于导电基底之上，将石英舟密封放入管式炉，程序升温，升温预定温度后保温一定的时间。5.如权利要求1-4所述的一种具有可见光活性的C3N4薄膜电极的制备方法，其特征在于，前驱体质量根据电极膜的厚度来确定，程序升温速率为3-5°C /min，升温到400-600Γ，保温2-5小时。
【专利摘要】本发明属于水处理领域，公开了一种可见光响应的纳米结构的C3N4薄膜电极的制备方法，首先制备前驱体粉末，然后经过高温煅烧得到膜电极，合成的C3N4薄膜电极具有可见光光催化活性。以制备的电极为光阳极，通过施加一定的外加电压和可见光辐照，利用光催化和电氧化技术的各自特点可高效光电耦合催化降解水中有机污染物，且具有较高稳定性。降解亚甲基蓝的反应过程中，工作电极的有效面积为8cm2，电解质为0.05mol/L的硫酸钠溶液，亚甲基蓝体积为100mL，初始浓度为10mg/L。调节电压为1-2V之间，溶液pH为8-10，反应时间为150min，经过本方法处理的亚甲基蓝去除率可达75％以上。
【IPC分类】C02F1/46
【公开号】CN105129921
【申请号】CN201510531341
【发明人】赵旭, 柴步喻, 王建兵, 田世超, 王雁
【申请人】中国科学院生态环境研究中心, 中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月26日