Cu2O改性TiO2納米管陣列光電極的制備及其光電催化降解甲基橙的性能

高陽，楊蓉，袁寧一, *

（1.常州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院、數(shù)理學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，常州大學(xué)，江蘇 常州 213164）

如何有效利用太陽能是近年來的研究熱點(diǎn)，借助一些材料的光電特性來催化降解污染物受到越來越多的關(guān)注。TiO2是一種高效的光催化劑，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、氧化性強(qiáng)、耐腐蝕、無毒等優(yōu)點(diǎn)，將其用在降解污染物方面的研究十分活躍[1]。通過電化學(xué)腐蝕制備的TiO2納米管陣列(NTAs)也常被用于光電催化[2-3]。然而TiO2NTAs具有兩個(gè)主要的不足：一是較寬的帶隙(導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能帶間隔Eg= 3.2 eV)導(dǎo)致其不能有效利用可見光；二是激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)極易復(fù)合，大大降低了量子效率[4]。在其中摻雜窄帶隙的金屬[5]或非金屬半導(dǎo)體[6]，又或者含其與窄帶隙半導(dǎo)體結(jié)合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)[7-8]是普遍做法。Cu2O作為一種重要的金屬氧化物半導(dǎo)體，具有無毒、價(jià)格低廉、光電性能優(yōu)異等性質(zhì)。作為一種窄帶隙P型半導(dǎo)體(Eg= 2.17 eV)[9]，它的導(dǎo)帶和價(jià)帶都在TiO2之上，因此當(dāng)TiO2與Cu2O結(jié)合后，光生電子就會(huì)從Cu2O的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移至TiO2導(dǎo)帶，從而形成Ti3+，延長(zhǎng)了載流子壽命[10]。另外，窄帶隙Cu2O的引入也使得TiO2NTAs的吸收光譜拓展到了可見光[11]。

本文采用脈沖電沉積法將Cu2O負(fù)載至利用電化學(xué)腐蝕制備的TiO2NTAs上，并以甲基橙降解試驗(yàn)作為參照，考察了紫外光與可見光、偏壓、沉積時(shí)間等因素對(duì)催化降解效率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電極制備

1.1.1 TiO2納米管陣列電極的制備

鈦箔(厚0.1 mm，純度大于99.999%)裁剪成2.0 cm × 3.5 cm大小，有效面積為2 cm × 2 cm，其余部位用環(huán)氧樹脂膠密封。……