一种光电催化尿素分解光阳极及其制备方法和应用

本发明涉及新能源材料，具体涉及一种光电催化尿素分解光阳极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、尿素是人类和动物日常尿液中的一种重要污染物，同时，尿素合成过程和尿素化肥的大量使用也会产生大量尿素废水。自然条件下，尿素废水可以自然转化为有毒氨释放到大气中，污染空气和饮用水，进而对人体健康产生影响。从另一角度来看，尿素也可作为一种储氢化学品，可储存6.67wt％的氢。光电催化尿素分解是一种可以同时满足制氢和降解尿素污染物的新策略，并且可以降低尿素电解过程中的电能消耗。

2、金属有机框架(mofs)是一种多孔结晶材料，由金属离子或金属簇与有机配体配位而成的网络结构晶体，也被称之为多孔配位聚合物。一般认为，mofs材料中金属离子具有催化活性，但是mofs导电性较差或者稳定性不佳，因而mofs的本征活性和长期使用始终受到限制。镍基催化剂一直被认为是尿素氧化反应的高效催化剂。在镍基催化剂中，镍金属有机框架是一种很有前景的尿素氧化反应催化剂。尽管ni-mofs催化剂已在尿素电催化中得到广泛研究，但很少有ni-mofs催化剂用于尿素光电催化领域。后者要求ni-mofs催化剂能够在光阳极-电解质界面上有效地促进分离电子-空穴对和传输光生空穴，促进尿素分解的氧化反应。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何将ni-mofs催化剂有效用于尿素光电催化领域，本发明提供了解决上述问题的一种光电催化尿素分解光阳极及其制备方法和应用。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，包括步骤：

4、s1：以掺氟氧化锡导电玻璃为基底，经水热反应合成tio2光阳极；

5、s2：将s1中得到的tio2光阳极与ni(oh)2的前驱体溶液经水热反应合成tio2@ni(oh)2光阳极；

6、s3：将s2中得到的tio2@ni(oh)2光阳极，与有机配体溶液经溶剂热反应合成tio2@ni-bdt光阳极；

7、s4：以s3中得到的tio2@ni-bdt光阳极为工作电极在三电极体系下置于碱性电解液中，通过电化学活化处理得到tio2@ni-bdt-a光阳极。

8、本发明提供的光电催化尿素分解光阳极的制备方法，包括将待修饰的tio2光阳极与前驱体溶液水热合成tio2@ni(oh)2光阳极，再经过有机配体原位取代生成tio2@ni-bdt，并通过电化学活化处理后得到高效光电催化尿素分解tio2@ni-bdt-a光阳极。相较于常见溶剂热法合成mofs，该制备方法通过原位取代即可生成mof材料。与此同时，电化学活化处理明显改善了其导电性和催化活性，显著提高了tio2光阳极的光电催化尿素分解性能。

9、进一步可选地，步骤s4中，电化学活化处理电流密度是10ma/cm2～20ma/cm2。

10、进一步可选地，步骤s4中，电化学活化处理时间8h～12h。

11、进一步可选地，步骤s3中，有机配体包括1,4-苯二硫醇、1,3,5-苯三硫醇、1,4-苯二甲酸和1,3,5-苯三甲酸中的一种或几种组合。

12、进一步可选地，步骤s3中，有机溶剂包括甲醇、乙醇、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮和乙腈中的一种或几种组合。

13、进一步可选地，

14、步骤s2中，ni(oh)2的前驱体溶液的摩尔浓度为0.01mol/l～0.1mol/l；如更优选为0.02mol/l。

15、步骤s3中，有机配体溶液的摩尔浓度为0.01mol/l～0.1mol/l。

16、进一步可选地，步骤s2中，水热反应温度为80℃～100℃，更优选为95℃；和/或水热反应时间为100min～150min。

17、进一步可选地，步骤s3中，溶剂热反应温度为70℃～90℃更优选为80℃，和/或溶剂热反应时间为100min～150min。

18、一种光电催化尿素分解光阳极，采用上述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法获得。

19、一种光电催化尿素分解光阳极的应用，用于光电催化尿素分解技术领域；光电催化尿素分解光阳极是采用上述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法获得。

20、本发明具有如下的优点和有益效果：

21、本发明提供的光电催化尿素分解光阳极的制备方法，包括将待修饰的tio2光阳极与前驱体溶液水热合成tio2@ni(oh)2光阳极，再经过有机配体原位取代生成tio2@ni-bdt，并通过电化学活化处理后得到高效光电催化尿素分解tio2@ni-bdt-a光阳极。相较于常见溶剂热法合成mofs，该制备方法通过原位取代即可生成mof材料。与此同时，电化学活化处理明显改善了其导电性和催化活性，显著提高了tio2光阳极的光电催化尿素分解性能。

22、本发明提供的光电催化尿素分解光阳极的制备方法，操作简单，成本低。

23、本发明提供的tio2@ni-bdt-a光阳极具有优异和稳定的光电催化尿素分解性能。

技术特征：

1.一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s4中，电化学活化处理电流密度是10ma/cm2～20ma/cm2。

3.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s4中，电化学活化处理时间8h～12h。

4.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s3中，有机配体包括1,4-苯二硫醇、1,3,5-苯三硫醇、1,4-苯二甲酸和1,3,5-苯三甲酸中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s3中，有机溶剂包括甲醇、乙醇、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮和乙腈中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s2中，水热反应温度为80℃～100℃，和/或水热反应时间为100min～150min。

8.根据权利要求1所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法，其特征在于，步骤s3中，溶剂热反应温度为70℃～90℃，和/或溶剂热反应时间为100min～150min。

9.一种光电催化尿素分解光阳极，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法获得。

10.一种光电催化尿素分解光阳极的应用，其特征在于，用于光电催化尿素分解技术领域；光电催化尿素分解光阳极是采用权利要求1至8任一项所述的一种光电催化尿素分解光阳极的制备方法获得。

技术总结本发明公开了一种光电催化尿素分解光阳极及其制备方法和应用，属于新能源材料技术领域。所述光电催化尿素分解光阳极的制备方法，包括将含镍金属有机框架材料通过原位取代方法修饰到TiO<subgt;2</subgt;光阳极上，并且通过电化学活化处理进一步提高其光电催化尿素分解性能。相比较常见溶剂热法，本发明提供的制备方法通过原位取代即可生成金属有机框架材料；电化学活化处理能够明显改善金属有机框架导电性和催化活性，显著提高TiO<subgt;2</subgt;光阳极的光电催化尿素分解性能。本发明提供的工艺方法简单，成本低。本发明提供的光阳极具有优异和稳定的光电催化尿素分解性能。技术研发人员：谢佳乐,黄靖,陶雯艳,杨萍萍,郑琳,李润涵受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2