网状Cu2O/TiO2复合p-n型异质结光电催化材料及其制备方法和应用

本发明属于光电催化材料，具体涉及一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代社会的不断发展，化石燃料产生的环境污染、能源短缺、生态破坏也愈发地严重。因此寻找和利用新的环境友好型的可再生的能源与燃料物质成为当务之急。氢气作为一种环境友好的绿色新能源己被广泛重视。

2、电催化(ec)制氢是利用外加偏压电解水实现产氢的技术，具有操作简单、产品纯度较高、生产技术安全可靠、可自动化控制等技术。光催化(pc)制氢技术是利用太阳能在光敏感催化剂的条件下来制备氢气，其运行成本较低，是一种可再生的制氢方法。而光电催化(pec)制氢通过同时施加外加偏压和光能的方法，可将光催化与电催化制氢技术的优势结合起来。在光电催化析氢反应中，电极材料是影响光电制氢效率的重要因素。目前，纯tio2的光电催化制取氢气中存在的光电转换效率低的问题。

3、开发研制电极材料使其同时具有光催化和电催化析氢性能，从而提高产氢效率，符合可持续发展战略的需求，对未来氢能的开发和利用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是为解决现有技术中纯tio2的光电催化制取氢气中存在的光电转换效率低的不足之处，提供一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，该方法采用双电极氧化法和电化学沉积法，将cu2o沉积到tio2纳米管阵列上，制备得到以钛网为基底的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。提高了在光电催化制备新能源材料尤其是制取氢气的性能。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、以乙二醇为溶剂，依次加入纯水和氟化铵，搅拌均匀制得阳极氧化电解液；

4、s2、采用双电极体系，以80-100目钛网为阳极，紫铜板为阴极，施加恒定电压进行氧化，得到网状二氧化钛纳米管阵列；

5、s3、在纯水中加入五水硫酸铜，添加浓度为4-10g/200ml，调节的ph至8-10，并持续搅拌5～12h，得到碱性五水硫酸铜电解液；

6、s4、采用三电极体系，将步骤s2制得的网状二氧化钛纳米管阵列浸入碱性五水硫酸铜电解液中作为工作电极，浸泡5-20min待电极环境稳定，施加0.5-1.5v的工作电压，根据电化学工作站显示的沉积电荷量，得到负载量为0.1-0.6c的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。

7、作为网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法进一步的改进：

8、优选的，步骤s1的电解液中乙二醇的体积为1000ml，纯水的体积为8.75-17.5ml，氟化铵的质量为2-4g。

9、优选的，步骤s1的电解液中乙二醇的体积为1000ml，纯水的体积为17.5ml，氟化铵的质量为4g。

10、优选的，步骤s2中施加10-80v恒定电压，氧化时间为0.5-5h。

11、优选的，步骤s2中施加60v恒定电压，氧化时间为1h。

12、优选的，步骤s3中纯水中加入五水硫酸铜，添加浓度为5g/200ml。

13、优选的，步骤s4中施加0.5v的工作电压，得到负载量为0.3c的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。

14、优选的，步骤s4中三电极体系的对电极为铂片，参比电极为饱和氯化银电极。

15、本发明的目的之二是提供一种上述任意一项所述的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法制得的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。

16、本发明的目的之三是提供一种上述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料在光电催化制取氢气上的应用。

17、本发明相比现有技术的有益效果在于：

18、1)本发明提供一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法。先采用纵横交错的钛网为基底，通过双电极氧化法制备出网状tio2纳米管阵列，具有紫外光吸收性能，然后再以此为基底，采用电化学沉积法将p型半导体cu2o负载到宽带隙的n型半导体tio2纳米管阵列上，扩宽了了tio2在可见光区域的吸收，促进了光生载流子的分离和传输，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了该材料在光电催化制取氢气时的光利用率和光电催化效率。在n型半导体tio2纳米管阵列上负载p型半导体cu2o纳米粒子构建成p-n型异质结，可以拓宽光电极吸收光谱，增强了tio2在可见光区域的吸收，促进了光生载流子的分离和传输，抑制了光生电子和空穴的复合，增强光生电子和空穴分离转移能力，提高光电催化性能。

19、2)本发明提供的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料制备原料简单易得，无毒无害，安全廉价，制备方法简单，为光电催化制取氢气提供了新的光电催化材料，具有良好的应用前景。尤其是在光电催化领域的应用，适用于光电催化制氢，属于化学材料、新能源、环境等领域。在用于光电催化制取氢气时，相比tio2而言，增加了tio2在可见光范围的吸收和对可见光的利用率，更加有利于光生电子和空穴对的分离，极大地提升了tio2在光电催化制取氢气的效率，最高效率可达91％。

技术特征：

1.一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s1的电解液中乙二醇的体积为1000ml，纯水的体积为8.75-17.5ml，氟化铵的质量为2-4g。

3.根据权利要求2所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s1的电解液中乙二醇的体积为1000ml，纯水的体积为17.5ml，氟化铵的质量为4g。

4.根据权利要求1所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中施加10-80v恒定电压，氧化时间为0.5-5h。

5.根据权利要求3或4所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中施加60v恒定电压，氧化时间为1h。

6.根据权利要求5所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中纯水中加入五水硫酸铜，添加浓度为5g/200ml。

7.根据权利要求6所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中施加0.5v的工作电压，得到负载量为0.3c的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。

8.根据权利要求1所述网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中三电极体系的对电极为铂片，参比电极为饱和氯化银电极。

9.一种权利要求1-8任意一项所述一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料的制备方法制得的网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料。

10.一种权利要求9所述一种网状cu2o/tio2复合p-n型异质结光电催化材料在光电催化制取氢气上的应用。

技术总结本发明属于光电催化材料技术领域，具体涉及一种网状Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;复合p‑n型异质结光电催化材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法如下：先采用纵横交错的钛网为基底，通过双电极氧化法制备出网状TiO<subgt;2</subgt;纳米管阵列，再采用电化学沉积法将p型半导体Cu<subgt;2</subgt;O负载到宽带隙的n型半导体TiO<subgt;2</subgt;纳米管阵列上，制备出网状Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;复合p‑n型异质结光电催化材料。相比TiO<subgt;2</subgt;材料而言，该材料作为光电催化材料制取氢气时，扩宽了TiO<subgt;2</subgt;的光吸收带边，提高了TiO<subgt;2</subgt;的光能利用率，极大地提升了TiO<subgt;2</subgt;在光电催化制取氢气方面的性能，适用于光电催化制氢，属于化学材料、新能源、环境等领域。解决了纯TiO<subgt;2</subgt;光电催化制取氢气存在的转换效率低的问题。技术研发人员：龙丽珍,田月,刘军,王赫铭,梁妮娜,卢冬梅,张进前受保护的技术使用者：广西师范大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6