本發(fā)明屬于光電催化材料，具體涉及一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料及制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，化石燃料產生的環(huán)境污染、能源短缺、生態(tài)破壞也愈發(fā)地嚴重。因此尋找和利用新的環(huán)境友好型的可再生的能源與燃料物質成為當務之急。氫氣作為一種環(huán)境友好的綠色新能源己被廣泛重視。

2、電催化(ec)制氫是利用外加偏壓電解水實現(xiàn)產氫的技術，具有操作簡單、產品純度較高、生產技術安全可靠、可自動化控制等技術。光催化(pc)制氫技術是利用太陽能在光敏感催化劑的條件下來制備氫氣，其運行成本較低，是一種可再生的制氫方法。而光電催化(pec)制氫通過同時施加外加偏壓和光能的方法，可將光催化與電催化制氫技術的優(yōu)勢結合起來。在光電催化析氫反應中，電極材料是影響光電制氫效率的重要因素。目前，純tio2的光電催化制取氫氣中存在的光電轉換效率低的問題。

3、開發(fā)研制電極材料使其同時具有光催化和電催化析氫性能，從而提高產氫效率，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求，對未來氫能的開發(fā)和利用具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一是為解決現(xiàn)有技術中純tio2的光電催化制取氫氣中存在的光電轉換效率低的不足之處，提供一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，該方法采用雙電極氧化法和電化學沉積法，將cu2o沉積到tio2納米管陣列上，制備得到以鈦網為基底的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。提高了在光電催化制備新能源材料尤其是制取氫氣的性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、以乙二醇為溶劑，依次加入純水和氟化銨，攪拌均勻制得陽極氧化電解液；

4、s2、采用雙電極體系，以80-100目鈦網為陽極，紫銅板為陰極，施加恒定電壓進行氧化，得到網狀二氧化鈦納米管陣列；

5、s3、在純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為4-10g/200ml，調節(jié)的ph至8-10，并持續(xù)攪拌5～12h，得到堿性五水硫酸銅電解液；

6、s4、采用三電極體系，將步驟s2制得的網狀二氧化鈦納米管陣列浸入堿性五水硫酸銅電解液中作為工作電極，浸泡5-20min待電極環(huán)境穩(wěn)定，施加0.5-1.5v的工作電壓，根據(jù)電化學工作站顯示的沉積電荷量，得到負載量為0.1-0.6c的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。

7、作為網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法進一步的改進：

8、優(yōu)選的，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為8.75-17.5ml，氟化銨的質量為2-4g。

9、優(yōu)選的，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為17.5ml，氟化銨的質量為4g。

10、優(yōu)選的，步驟s2中施加10-80v恒定電壓，氧化時間為0.5-5h。

11、優(yōu)選的，步驟s2中施加60v恒定電壓，氧化時間為1h。

12、優(yōu)選的，步驟s3中純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為5g/200ml。

13、優(yōu)選的，步驟s4中施加0.5v的工作電壓，得到負載量為0.3c的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。

14、優(yōu)選的，步驟s4中三電極體系的對電極為鉑片，參比電極為飽和氯化銀電極。

15、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述任意一項所述的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法制得的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。

16、本發(fā)明的目的之三是提供一種上述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料在光電催化制取氫氣上的應用。

17、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果在于：

18、1)本發(fā)明提供一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法。先采用縱橫交錯的鈦網為基底，通過雙電極氧化法制備出網狀tio2納米管陣列，具有紫外光吸收性能，然后再以此為基底，采用電化學沉積法將p型半導體cu2o負載到寬帶隙的n型半導體tio2納米管陣列上，擴寬了了tio2在可見光區(qū)域的吸收，促進了光生載流子的分離和傳輸，抑制了光生電子和空穴的復合，提高了該材料在光電催化制取氫氣時的光利用率和光電催化效率。在n型半導體tio2納米管陣列上負載p型半導體cu2o納米粒子構建成p-n型異質結，可以拓寬光電極吸收光譜，增強了tio2在可見光區(qū)域的吸收，促進了光生載流子的分離和傳輸，抑制了光生電子和空穴的復合，增強光生電子和空穴分離轉移能力，提高光電催化性能。

19、2)本發(fā)明提供的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料制備原料簡單易得，無毒無害，安全廉價，制備方法簡單，為光電催化制取氫氣提供了新的光電催化材料，具有良好的應用前景。尤其是在光電催化領域的應用，適用于光電催化制氫，屬于化學材料、新能源、環(huán)境等領域。在用于光電催化制取氫氣時，相比tio2而言，增加了tio2在可見光范圍的吸收和對可見光的利用率，更加有利于光生電子和空穴對的分離，極大地提升了tio2在光電催化制取氫氣的效率，最高效率可達91％。

技術特征：

1.一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為8.75-17.5ml，氟化銨的質量為2-4g。

3.根據(jù)權利要求2所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s1的電解液中乙二醇的體積為1000ml，純水的體積為17.5ml，氟化銨的質量為4g。

4.根據(jù)權利要求1所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中施加10-80v恒定電壓，氧化時間為0.5-5h。

5.根據(jù)權利要求3或4所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中施加60v恒定電壓，氧化時間為1h。

6.根據(jù)權利要求5所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中純水中加入五水硫酸銅，添加濃度為5g/200ml。

7.根據(jù)權利要求6所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中施加0.5v的工作電壓，得到負載量為0.3c的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。

8.根據(jù)權利要求1所述網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中三電極體系的對電極為鉑片，參比電極為飽和氯化銀電極。

9.一種權利要求1-8任意一項所述一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料的制備方法制得的網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料。

10.一種權利要求9所述一種網狀cu2o/tio2復合p-n型異質結光電催化材料在光電催化制取氫氣上的應用。

技術總結
本發(fā)明屬于光電催化材料技術領域，具體涉及一種網狀Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;復合p?n型異質結光電催化材料及其制備方法和應用。本發(fā)明的制備方法如下：先采用縱橫交錯的鈦網為基底，通過雙電極氧化法制備出網狀TiO<subgt;2</subgt;納米管陣列，再采用電化學沉積法將p型半導體Cu<subgt;2</subgt;O負載到寬帶隙的n型半導體TiO<subgt;2</subgt;納米管陣列上，制備出網狀Cu<subgt;2</subgt;O/TiO<subgt;2</subgt;復合p?n型異質結光電催化材料。相比TiO<subgt;2</subgt;材料而言，該材料作為光電催化材料制取氫氣時，擴寬了TiO<subgt;2</subgt;的光吸收帶邊，提高了TiO<subgt;2</subgt;的光能利用率，極大地提升了TiO<subgt;2</subgt;在光電催化制取氫氣方面的性能，適用于光電催化制氫，屬于化學材料、新能源、環(huán)境等領域。解決了純TiO<subgt;2</subgt;光電催化制取氫氣存在的轉換效率低的問題。

技術研發(fā)人員：龍麗珍,田月,劉軍,王赫銘,梁妮娜,盧冬梅,張進前
受保護的技術使用者：廣西師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6