一種TiO2/GQDs/NiS異質結光陽極及其制備方法與流程

本發明所屬技術領域為光催化、光電化學材料技術領域，特別涉及二氧化鈦異質結光催化劑開發及制備方法。

背景技術：

tio2納米管陣列(tna)由于其高的比表面積，優良的電荷傳輸性能、無毒、催化活性高、化學穩定性和低成本等優點而受到研究者們的青睞。tna在氣體傳感器、太陽能電池、生物催化劑、生物醫學植入材料和鋰離子電池等方面的應用是很吸引人的。然而tio2僅能吸收500nm以下波長的太陽光，無法充分利用太陽光的能源；并且光生電子空穴對易于復合，導致光電轉換效率較低，在實際應用中仍有許多地方有待改進和完善。因此對tio2光敏半導體通過改性形成異質結，以提高其光電化學性能。對光催化活性具有重要意義。

gqds具有很強的sp²雜化碳結構，因此其穩定性非常好，在高強度紫外光條件下也不發生化學變化。而且石墨烯量子點是非金屬的碳材料結構，穩定性好、成本低、污染小、在各方面都有很大的應用前景。然而，gqds的研究還處于早期階段，這種材料的潛能還沒有完全探索出來，因此針對gqds獨特的物理化學性質，將gqds與tio2光敏半導體材料進行復合改性。

硫化鎳是一種窄帶隙的直接半導體，吸光系數較高，被應用于太陽能電池、光電導元件、光電設備的光敏薄膜、光敏涂料和紅外探測器等。特別地，nis因其帶隙比較窄而具有非常寬的吸收光譜，使其成為一種高效的半導體光催化劑材料。所以本專利中將nis作為助催化劑與tio2構建異質結催化劑，以提高tio2的光電化學性能及穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可見光催化劑納米tio2/gqds/nis光陽極及其制備方法，該方法操作簡便、易于操作，所制備的tio2納米管復合膜具有很高的光催化活性。

具體步驟為：

(1)陽極氧化合成tio2納米管，將鈦片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。電解液為0.3wt％的氟化銨和2wt％的蒸餾水以及100ml的乙二醇，向電解液中加入5～50ml的石墨烯量子點，設置直流穩壓電源輸出電壓為20～100v，陽極氧化時間進行0.5～5h后結束。最后將陽極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，得到包含gqds的tio2納米管陣列膜。

(2)將步驟(1)中制備的光陽極浸入0.03m的乙醇化的鎳鹽溶液中0.5～5min，然后用乙醇沖洗掉樣品表面過量松散的吸附離子，再將光電極浸入0.03m的硫源和甲醇水溶液中2～6min，硫源：甲醇體積比為1:1。最后將樣品試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，保存待處理。

(3)將步驟(2)中的樣品試片置于管式爐中，將管式爐中抽成真空，再充入氮氣，待管式爐中充滿氮氣后，以5℃/min的升溫速率升溫至300～600℃，退火2h，待其降溫后取出，得到鈦箔表面沉積tio2/gqds/nis復合膜光陽極。

所述的鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、氟化鎳、苯甲酸鎳中的一種。

所述硫源為硫化鈉、硫化鉀、硫化銨中的一種。

所述化學試劑純度均為化學純以上純度。

本發明tio2/gqds/nis復合物展示出了優異的吸光性能和很強的光電化學響應，光生電流密度為是純tio2的2倍；同時有較好的穩定性，因此，tio2/gqds/nis作為一種可見光響應材料，在環境污染如降解染料、光催化處理污水，太陽能電池等方面具有很大的應用潛能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的浸漬不同次數的tio2和tio2/gqds/nis的xrd圖譜。

圖2為本發明實施例1制備tio2/gqds/nis的拉曼光譜圖

圖3為本發明實施例1制備tio2/gqds/nis的透射電鏡圖。

圖4為本發明實施例1制備的tio2和tio2/gqds/nis復合物的光生電流曲線。

具體實施方式

實施例1：

(1)陽極氧化合成tio2納米管，將鈦片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。電解液為0.3wt％的氟化銨和2wt％的蒸餾水以及100ml的乙二醇，向電解液中加入10ml的石墨烯量子點，設置直流穩壓電源輸出電壓為60v，陽極氧化時間進行2h后結束。最后將陽極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中制備的光陽極浸入0.03m的乙醇化的硝酸鎳溶液中2min，然后用乙醇沖洗掉樣品表面過量松散的吸附離子，再將光電極浸入0.03m的硫化鈉水溶液中5min。將樣品試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，重復此步驟5次，保存待處理。

(3)將步驟(2)中的樣品試片置于管式爐中，將管式爐中抽成真空，再充入氮氣，待管式爐中充滿氮氣后，以5℃/min的升溫速率升溫至380℃，退火2h，待其降溫后取出，得到鈦箔表面沉積tio2/gqds/nis復合膜光陽極。

此法獲得的tio2/gqds/nis復合膜光電流密度為是純tio2的2倍。

實施例2：

(1)陽極氧化合成tio2納米管，將鈦片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。電解液為0.3wt％的氟化銨和2wt％的蒸餾水以及100ml的乙二醇，向電解液中加入15ml的石墨烯量子點，設置直流穩壓電源輸出電壓為60v，陽極氧化時間進行2h后結束。最后將陽極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中制備的光陽極浸入0.03m的乙醇化的硫酸鎳溶液中2min，然后用乙醇沖洗掉樣品表面過量松散的吸附離子，再將光電極浸入0.03m的硫化鉀水溶液中5min，再樣品試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，重復此步驟3次，烘干，保存待處理。

(3)將步驟(2)中的樣品試片置于管式爐中心，將管式爐中抽成真空，再充入氮氣，待管式爐中充滿氮氣后，以5℃/min的升溫速率升溫至500℃，退火2h，待其降溫后取出，得到鈦箔表面沉積tio2/gqds/nis復合膜光陽極。

此法獲得的tio2/gqds/nis復合膜光電流密度為是純tio2的1.8倍。

實施例3：

(1)陽極氧化合成tio2納米管，將鈦片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。電解液為0.3wt％的氟化銨和2wt％的蒸餾水以及100ml的乙二醇，向電解液中加入20ml的石墨烯量子點，設置直流穩壓電源輸出電壓為60v，陽極氧化時間進行2h后結束。最后將陽極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，保存待處理。

(2)將步驟(2)中制備的光陽極浸入0.03m的乙醇化的氯化鎳溶液中4min，然后用乙醇沖洗掉樣品表面過量松散的吸附離子，再將光電極浸入0.03m的硫化銨水溶液中6min，再將樣品試片用蒸餾水沖洗，冷風吹干，重復此步驟8次，保存待處理。

(3)將步驟(2)中的樣品試片置于管式爐中心，將管式爐中抽成真空，再充入氮氣，待管式爐中充滿氮氣后，以5℃/min的升溫速率升溫至450℃，退火2h，待其降溫后取出，得到鈦箔表面沉積tio2/gqds/nis復合膜光陽極。

此法獲得的tio2/gqds/nis復合膜光電流密度為是純tio2的1.6倍

以上實施例所述化學試劑純度均為化學純。