本發(fā)明屬于光電陽極材料，涉及一種在碳/碳復(fù)合材料上生長的鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料及方法。
背景技術(shù)：
1、光電催化(pec)水分解過程，能夠把太陽能成功轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，進(jìn)而獲取具備高附加值的氫能源。然而，在該過程里，陽極所發(fā)生的析氧反應(yīng)(oer)屬于動(dòng)力學(xué)遲緩的四電子反應(yīng)歷程，并且其產(chǎn)物氧氣的附加值并不高，這就導(dǎo)致了pec水分解體系的效率偏低。所以，研發(fā)出高效的光電極材料，以此來加快oer反應(yīng)的速率，已然成為當(dāng)下亟需解決的難題。
2、在光陽極光電分解水制氧的報(bào)道中，鎢酸鉍(bi2wo6)是一種常用材料。它有著獨(dú)特的層狀構(gòu)造，是由[bi2o2]2+層與[wo4]2-層相互交替堆疊而形成的。這種結(jié)構(gòu)不僅賦予了它對(duì)可見光一定的吸收能力，其具備的能帶結(jié)構(gòu)也有利于光生載流子參與到反應(yīng)當(dāng)中。不過，僅依靠單獨(dú)的鎢酸鉍，其光催化效率卻未能達(dá)到預(yù)期，存在著載流子復(fù)合率較高的難題。
3、當(dāng)前，有以下幾種方式對(duì)鎢酸鉍進(jìn)行性能改進(jìn)：第一，通過構(gòu)建bi2wo6與其他半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)，利用界面處形成的內(nèi)建電場(chǎng)促進(jìn)光生載流子分離，如bi2wo6與tio2復(fù)合，一定程度上提高了光催化活性。第二，采用元素?fù)诫s的方式對(duì)bi2wo6進(jìn)行改性，調(diào)整其能帶結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對(duì)可見光的吸收范圍和強(qiáng)度。第三，將bi2wo6與碳材料復(fù)合，利用碳材料良好的導(dǎo)電性，提升光生載流子的傳輸效率，如bi2wo6與石墨烯復(fù)合，改善了材料的整體性能。
4、然而，以上的性能改進(jìn)措施仍無法提升復(fù)合材料的穩(wěn)定性。在長時(shí)間光電催化反應(yīng)過程中，部分復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化或活性組分流失的情況，影響其實(shí)際應(yīng)用，比如在多次循環(huán)后光催化活性顯著下降。此外，當(dāng)前制備高性能bi2wo6基復(fù)合材料的方法往往條件苛刻、成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種在碳/碳復(fù)合材料上生長的鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料及方法，以解決bi2wo6基復(fù)合材料穩(wěn)定性差和制備條件苛刻、成本較高的問題，采用水熱法在碳/碳復(fù)合材料上生長bi2wo6/tic復(fù)合粉體制備光電陽極，制備工藝簡便，易于實(shí)現(xiàn)，且所制備合成的bi2wo6/tic-c/c光電陽極材料在堿性溶液中表現(xiàn)出較好的oer性能。
2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
3、一種在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，包括以下步驟：
4、s1，按(0.01-0.03)：(0.01-0.03)和(0.01-0.03)的摩爾比，將tic粉體、bi(no3)3·5h2o和na2wo4·2h2o溶解在硝酸中，得到前驅(qū)液；
5、s2，將碳/碳復(fù)合材料浸入前驅(qū)液后在140-200℃下水熱處理，之后取出所得的復(fù)合物依次洗滌和干燥，得到在碳/碳復(fù)合材料上生長的鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料。
6、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
7、s1中na2wo4·2h2o和硝酸的比例為(0.01-0.03)mol：(30-50)ml。
8、s1中所述的tic粉體按如下過程得到：
9、按(0.01-0.02)：(0.2-0.3)的摩爾比，將tio2和炭黑混合均勻后，在1200-1400℃下煅燒處理，之后研磨，得到所述的tic粉體。
10、將所述tio2和炭黑研磨30-60min后，再于1200-1400℃下煅燒處理。
11、將tio2和炭黑混合均勻后，在所述溫度下煅燒1-4h，再進(jìn)行研磨。
12、tio2和炭黑在所述溫度下煅燒后研磨30-60min，得到tic粉體。
13、s2中，碳/碳復(fù)合材料浸入前驅(qū)液后在140-200℃下水熱處理6-12h，再取出所得的復(fù)合物依次洗滌和干燥。
14、所得的復(fù)合物用去離子水和乙醇依次清洗3-5次后再進(jìn)行干燥。
15、所述的干燥在40-60℃下干燥6-12h。
16、一種由上述任意一項(xiàng)所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法得到的鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
18、本發(fā)明一種利用水熱法在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，碳化鈦(tic)具有類氯化鈉型的立方晶系結(jié)晶結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)灰白色或淺灰色并具金屬光澤，具備高硬度、高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。通過調(diào)控水熱法的溫度，制備出的bi2wo6/tic-c/c光電陽極材料，鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合粉體與基體碳/碳復(fù)合材料之間的結(jié)合力較強(qiáng)。鎢酸鉍與碳化鈦構(gòu)成的異質(zhì)界面處形成的內(nèi)建電場(chǎng)，可強(qiáng)力推動(dòng)光生載流子分離，極大減少電子與空穴復(fù)合。碳化鈦良好導(dǎo)電性讓光生電子快速傳輸至反應(yīng)位點(diǎn)。與此同時(shí)，異質(zhì)界面改變材料表面電子云分布，優(yōu)化了反應(yīng)中間體吸附與脫附，降低反應(yīng)過電位，促使光電催化反應(yīng)高效進(jìn)行，大幅提升反應(yīng)效率和復(fù)合光電陽極材料的穩(wěn)定性。使用c/c基底可以有效降低光電催化劑的使用成本，水熱法簡單易于實(shí)現(xiàn)，既顯著提升了光電催化oer的性能，也簡化了操作步驟、降低了成本，為提升pec水分解體系的效率開辟了一條有效路徑。
19、進(jìn)一步的，通過控制水熱的時(shí)間，可以很好的調(diào)控復(fù)合粉體bi2wo6/tic生長在基體上的覆蓋率和厚度，覆蓋率和涂層厚度直接影響了活性位點(diǎn)的附著，使本發(fā)明制得的bi2wo6/tic-c/c，在堿性電解液中表現(xiàn)出更好的光電催化性能。
1.一種在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，s1中na2wo4·2h2o和硝酸的比例為(0.01-0.03)mol：(30-50)ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，s1中所述的tic粉體按如下過程得到：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，將所述tio2和炭黑研磨30-60min后，再于1200-1400℃下煅燒處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，將tio2和炭黑混合均勻后，在所述溫度下煅燒1-4h，再進(jìn)行研磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，tio2和炭黑在所述溫度下煅燒后研磨30-60min，得到tic粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，s2中，碳/碳復(fù)合材料浸入前驅(qū)液后在140-200℃下水熱處理6-12h，再取出所得的復(fù)合物依次洗滌和干燥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，所得的復(fù)合物用去離子水和乙醇依次清洗3-5次后再進(jìn)行干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法，其特征在于，所述的干燥在40-60℃下干燥6-12h。
10.一種由權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的在碳/碳復(fù)合材料上生長鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料的方法得到的鎢酸鉍/碳化鈦復(fù)合光電陽極材料。