一种制备Ag₂S掺杂TiO₂纳米管电极的方法

专利名称：一种制备Ag₂S掺杂TiO₂纳米管电极的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备电极的方法，特别是涉及一种制备Ag2S掺杂TiO2纳米管电极的方法。
背景技术：
二氧化钛(TiO2)是一种重要的无机半导体功能材料，具有湿敏、气敏、介电效应、 光电转化及优越的光催化性能等特性，在传感器、介电材料、自清洁材料、太阳能电池、光催化降解污染物等高科技领域有着重要的应用前景，已成为国内外竞相研究的热点之一。与一般的纳米TiO2粉末相比，TW2纳米管的特殊结构使其具有更大的比表面积和更强的吸附能力，有望表现出更好的光催化性能和更高的光电转化效率。然而，锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3. 2 eV，只能吸收波长小于387. 5 nm的太阳光， 而到达地球表面的太阳光中紫外光(λ < 400 nm)辐射部分只占了整个太阳光能谱的4%左右，可见光含量约为45%，因此开发可见光响应型光催化剂成为目前光催化领域的一个重要课题。此外，TiO2光催化还存在量子效率偏低和降解速率不快的问题，其光子效率一般不超过10%，如何减少光生电子与空穴的复合几率也是亟待解决的问题。已有研究表明，采用金属离子掺杂、非金属掺杂、贵金属沉积、半导体复合和表面光敏化等方法对T^2进行适当的掺杂或表面改性，不仅可有效地抑制光生电子和空穴的复合，而且能够扩展TiO2对可见光的吸收范围从而提高其光催化性能。通过窄禁带的半导体改性TiO2是目前关注比较多的课题，但目前使用较多的窄带隙半导体在提高T^2光催化活性的同时也对人类和环境造成了巨大潜在危害，这些物质如 CdS和PbS等，都可能造成二次污染。作为一种重要的硫族化合物，硫化银(Ag2S),它的禁带宽度为0.92 eV相比于TiO2要窄得多，同时它所具有的毒性也要比CdS或PbS低。虽然现在关于用Ag或Ag2O对TW2掺杂改性的研究已有很多，但关于使用Ag2S颗粒对高度有序， 自组装T^2纳米管掺杂的研究报道还很少。

发明内容
本发明的目的在于提供一种制备Ag2S掺杂TW2纳米管电极的方法。用这种方法制得Ag2S掺杂的TiO2纳米管电极，Ag2S颗粒小，分布均勻，用于光电催化氧化有机物具有良好的降解效果。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
制备Ag2S掺杂TiA纳米管电极的方法，所述方法包括以下制备步骤
(1)Ti基片的预处理将纯钛片裁成50mmX60 mm的小片，依次经600#、1000#的金刚砂纸打磨至看不到明显划痕，再依次在蒸馏水，丙酮中超声浸渍清洗10分钟，最后将HF，浓 HNO3, H20按1:4:5的体积比制成化学抛光液，将清洗好的钛片放入抛光液中浸泡1分钟直到看不到明显气泡产生；之后用去离子水清洗，在真空干燥箱中干燥备用；
(2)TiO2纳米管电极的制备采用量程为0-30V的稳压稳流电源，阳极为钛片，钼网作阴极，电解液为0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04调节至3;阳极氧化电压范围为20-25 V，极化时间为60-120 min，在磁力搅拌下室温进行；制得的钛片样品经蒸馏水清洗，于空气中干燥后，置于马弗炉中，于空气氛围中500 °C下煅烧 3 h ；
(3) Ag2S掺杂TiA纳米管电极的制备将制得的TiA纳米管依次浸入到0. 001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液，0. 001 mol/L Na2S的甲醇溶液，甲醇溶液，构成一个循环；重复以上步骤制得不同掺杂量的Ag2S掺杂TW2纳米管电极；将电极在真空干燥箱中150 V 干燥1 h，制得Ag2S掺杂TiO2纳米管电极。所述的制备Ag2S掺杂TiA纳米管电极的方法，其将TiA纳米管电极浸入到0. 001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液，0. 001 mol/L Na2S的甲醇溶液，甲醇溶液，构成一个循环，得到一次Ag2S掺杂的TW2纳米管电极；重复上述步骤，利用不同次数循环，可得到不同掺杂量的Ag2S掺杂的TW2纳米管电极。所述的制备Ag2S掺杂TW2纳米管电极的方法，其所述的重复上述步骤，经1(Γ16 次循环得到的Ag2S掺杂的TiA纳米管电极。本发明的优点与效果是
本发明以PH为3的0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液为电解质，在2(Γ25 V的电压下，采用阳极氧化法在Ti基片上制备TW2纳米管，经500°C热处理后的TW2纳米管。 将制得的TiO2纳米管依次浸入到0. 001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液，0. 001 mol/L Na2S的甲醇溶液，甲醇溶液，得到Ag2S掺杂的T^2纳米管电极。重复2的步骤制得不同掺杂量的Ag2S掺杂TW2纳米管电极。用这种方法制得Ag2S掺杂的TW2纳米管电极，Ag2S颗粒小，分布均勻，用于光电催化氧化有机物具有良好的降解效果。


图1为掺杂10次数A&S后的TiA纳米管电极的SEM图； 图2为掺杂16次数Ag2S后的TW2纳米管电极的SEM图3为掺杂25次数Ag2S后的TW2纳米管电极的SEM图； 图4为不同掺杂次数的Ag2S掺杂T^2纳米管电极的甲基橙光电催化脱色率。注本发明的图1一图4为产物状态的分析示意图或照片，图中文字或影像不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。
具体实施例方式实施例1
将纯钛片裁成50 mmX60 mm的小片，依次经600#、1000#的金刚砂纸打磨至看不到明
显划痕，再依次在蒸馏水，丙酮中超声浸渍清洗10分钟，最后将HF，浓ΗΝ03，Η20按1:4:5的体积比制成化学抛光液，将清洗好的钛片放入抛光液中浸泡1分钟直到看不到明显气泡产生。之后用去离子水清洗，在真空干燥箱中干燥备用。采用量程为0-30V的稳压稳流电源，阳极为钛片，钼网作阴极，电解液为0.5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2SO4调节至3。阳极氧化电压范围为20-25 V，极化时间为60-120 min，在磁力搅拌下室温进行。制得的钛片样品经蒸馏水清洗，于空气中干燥后，置于马弗炉中，于空气氛围中500 °C下煅烧3 h。将制得的TiA纳米管依次浸入到0. 001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液， 0. 001 mol/L Na2S的甲醇溶液，甲醇溶液，构成一个循环。重复以上步骤制得不同掺杂量的 Ag2S掺杂TiO2纳米管电极。将电极在真空干燥箱中150 °C干燥1 h，制得Ag2S掺杂TiO2纳米管电极。制得电极的表面形貌见附图广3。采用三电极系统测试Ag2S掺杂TW2纳米管电极的光电催化性能，以0. 1 mol/L的 NaNO3溶液为电解质，氙灯平行光源为模拟太阳光源，RST3000型电化学工作站为电源，在自制石英反应器中，以制备的Ag2S掺杂TW2纳米管电极为工作电极，钼网为对电极，Ag/AgCl 电极为参比电极的三电极系统降解甲基橙(M0)，浓度为20 mg/L，外加偏压为800 mV，降解时间为3 h。不同掺杂次数的Ag2S掺杂TiO2纳米管电极的光电催化(PEC)降解甲基橙的效率见附图4。测试结果表明采用光电催化氧化甲基橙效果明显，掺杂次数增加，甲基橙降解率增加，但是掺杂16次、25次时甲基橙的脱色率都比掺杂10次对应的脱色率低，故掺杂量以掺杂10次时降解效果最佳。相比于未掺杂的TW2纳米管电极，Ag2S掺杂10次的TW2纳米管电极降解60分钟后降解率可达到83 %，提高了近20 %。
权利要求
1.制备Ag2S掺杂TiO2纳米管电极的方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤(1)Ti基片的预处理将纯钛片裁成50mmX60 mm的小片，依次经600#、1000#的金刚砂纸打磨至看不到明显划痕，再依次在蒸馏水，丙酮中超声浸渍清洗10分钟，最后将HF，浓 HNO3, H20按1:4:5的体积比制成化学抛光液，将清洗好的钛片放入抛光液中浸泡1分钟直到看不到明显气泡产生；之后用去离子水清洗，在真空干燥箱中干燥备用；(2)TiO2纳米管电极的制备采用量程为0-30V的稳压稳流电源，阳极为钛片，钼网作阴极，电解液为0. 5 wt%NH4F和0. 5 mol/L Na2SO4水溶液，溶液的pH值用NaOH及H2S04调节至3;阳极氧化电压范围为20-25 V，极化时间为60-120 min，在磁力搅拌下室温进行；制得的钛片样品经蒸馏水清洗，于空气中干燥后，置于马弗炉中，于空气氛围中500 °C下煅烧 3 h ；(3)Ag2S掺杂TiA纳米管电极的制备将制得的TiA纳米管依次浸入到0. 001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液，0. 001 mol/L Na2S的甲醇溶液，甲醇溶液，构成一个循环；重复以上步骤制得不同掺杂量的Ag2S掺杂TW2纳米管电极；将电极在真空干燥箱中150 V 干燥1 h，制得Ag2S掺杂TiO2纳米管电极。
2.根据权利要求1所述的制备Ag2S掺杂T^2纳米管电极的方法，其特征在于，所述的将TiO2纳米管电极浸入到0.001 mol/L AgNO3的甲醇溶液，甲醇溶液，0. 001 mol/L Na2SW 甲醇溶液，甲醇溶液，构成一个循环，得到一次Ag2S掺杂的TiO2纳米管电极；重复上述步骤， 利用不同次数循环，可得到不同掺杂量的Ag2S掺杂的T^2纳米管电极。
3.根据权利要求1所述的制备Ag2S掺杂TW2纳米管电极的方法，其特征在于，所述的重复上述步骤，经1(Γ16次循环得到的Ag2S掺杂的TiA纳米管电极。
全文摘要
制备Ag2S掺杂TiO2纳米管电极的方法，涉及一种制备电极的方法。该方法制备电极的步骤(1)采用阳极氧化法在Ti基片上制备TiO2纳米管，(2)以0.001mol/LAgNO3的甲醇溶液和0.001mol/LNa2S的甲醇溶液为电解质，利用连续离子层吸附反应法将Ag2S掺杂在TiO2纳米管表面，制得Ag2S掺杂的TiO2纳米管电极。用这种方法制得Ag2S掺杂的TiO2纳米管电极，Ag2S颗粒小，分布均匀，用于光电催化氧化有机物具有良好的降解效果。制得的TiO2纳米管电极，可以显著提高电极的光电催化性能。
文档编号C01G5/00GK102534725SQ20121000881
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘东斌, 宁志高, 李士凤, 李飞, 樊丽辉, 申延明 申请人:沈阳化工大学