本發(fā)明涉及一種光電極材料，尤其是涉及一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極及制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

氫能作為最為理想的無污染綠色高能新能源，其主要是以分子水的形式大量廣泛分布于自然界當(dāng)中，據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)道氫元素占據(jù)地球組分75％以上。其作為能源具有以下特點(diǎn)：(1)能量高，其比汽油產(chǎn)熱量高3倍；(2)便于儲(chǔ)存及運(yùn)輸使用；(3)無毒且燃燒時(shí)只有水生成，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。發(fā)展至今，工業(yè)制氫的主要方法為：化石能源制氫、電解水制氫、生物制氫和光電催化分解水制氫等。其中，光電催化分解水制氫是一種既經(jīng)濟(jì)又綠色的制氫理想方法。

光電催化分解水制氫技術(shù)的關(guān)鍵是降低反應(yīng)過程中的過電勢(shì)及開發(fā)性能優(yōu)異光電催化劑材料。眾所周知，水分解制氫所需要的熱力學(xué)電動(dòng)勢(shì)為1.23V。然而當(dāng)施加電極電勢(shì)1.23V于電極上時(shí)，水分解制氫反應(yīng)實(shí)際很難發(fā)生，應(yīng)當(dāng)需要施加高的過電勢(shì)驅(qū)動(dòng)水分解反應(yīng)發(fā)生。依據(jù)熱力學(xué)原理，生物質(zhì)衍生物氧化相比于水的氧化所需要外界驅(qū)動(dòng)能耗較低。因此，利用生物質(zhì)衍生物替代純水發(fā)生氧化，促進(jìn)光生電子轉(zhuǎn)移至Pt陰極處高效制氫具有潛在的發(fā)展前景。到目前為止，許多半導(dǎo)體光電催化劑材料被廣泛用于光電催化制氫當(dāng)中，但半導(dǎo)體各自的缺陷從而限制了其實(shí)際應(yīng)用，如寬帶隙半導(dǎo)體(如TiO₂)催化劑僅對(duì)紫外光能夠進(jìn)行強(qiáng)吸收，但紫外光譜僅僅只占太陽(yáng)光譜總能量的約5％，導(dǎo)致寬帶隙半導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)光能的利用及轉(zhuǎn)化率較低。而窄帶隙半導(dǎo)體催化劑雖然能夠有效的吸收可見光能，但這一類半導(dǎo)體如CdS等存在較強(qiáng)的光腐蝕問題，且穩(wěn)定性較差，從而顯著降低其光電催化活性。為了能夠解決上述難題，科學(xué)家們進(jìn)行了大量的科學(xué)研究嘗試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有光電催化制氫技術(shù)存在缺陷，而提供一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極及制備與應(yīng)用。

本發(fā)明將具有優(yōu)異的可見光吸收特性及良好的導(dǎo)電特性的鉻摻雜鈦酸鍶和碳層作為助催化劑，將它們擔(dān)載于周期性有序二氧化鈦納米管基底電極，構(gòu)筑得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極，該光電極為異質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)將碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極與光電催化制氫技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)快速高效光電催化生物質(zhì)衍生物氧化制氫。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極，將具有可見光特性的鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊均勻修飾周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極表面，得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極，再通過碳源包覆的方法，通過惰性氣體煅燒處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。

碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極的制備：

以鉑片和鈦板分別作為陰極及陽(yáng)極，在電解質(zhì)溶液中，外加槽電壓為20～80V，進(jìn)行多步電化學(xué)陽(yáng)極化，陽(yáng)極化后，用二次蒸餾水超聲處理陽(yáng)極化產(chǎn)物0.1～2min，再煅燒結(jié)晶化陽(yáng)極化產(chǎn)物，制備得到周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極；

優(yōu)選地，本步驟中，對(duì)鈦板進(jìn)行預(yù)處理：鈦板依次用100～800#砂紙打磨至其表面光滑平整；再用二次蒸餾水和乙醇溶液中分別對(duì)其進(jìn)行超聲清洗5～10min，隨后用氮?dú)獯蹈善浔砻妗?/p>

優(yōu)選地，本步驟中，所述的電解質(zhì)溶液為含有0.1～1.0wt％NH₄F和1.0～3.0vol％H₂O的乙二醇溶液。

優(yōu)選地，本步驟中，兩個(gè)電極之間距離為0.5～2cm。

優(yōu)選地，本步驟中，所述的煅燒的溫度為400～600℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為1～5℃/min，煅燒是在空氣氛圍下進(jìn)行的。

(2)鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極的制備：

將步驟(1)制備得到的周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極置于含有鍶源與鉻源的混合溶液中，隨后將混合溶液和基底電極轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，待冷卻后，用二次蒸餾水清洗樣品電極表面，烘干處理，制備得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極；

優(yōu)選地，本步驟中，所述的鍶源包括Sr(OH)₂·8H₂O或Sr(NO₃)₂，所述的鉻源包括Cr(NO₃)₂·9H₂O或Cr(OH)₂，含有鍶源與鉻源的混合溶液中，Sr的濃度為0.0001～0.0005mol/L，Cr的濃度為0.001～0.005mol/L，含有鍶源與鉻源的混合溶液中還包括濃度為1～5mol/L的NaOH。

優(yōu)選地，本步驟中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)的溫度為50～200℃，時(shí)間為10～60min。

優(yōu)選地，本步驟中，烘干的條件為：50～100℃真空烘箱中0.5～3h烘干處理。

(3)碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的制備：

將步驟(2)得到的鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極浸泡于碳源中進(jìn)行碳源包覆，取出后用二次蒸餾水清洗，烘干處理；再經(jīng)過惰性氣氛下煅燒處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。

優(yōu)選地，本步驟中，所述的碳源為葡萄糖溶液，其濃度為0.5～10mg/mL。

優(yōu)選地，本步驟中，烘干的條件為：50～100℃真空烘箱中0.5～3h烘干處理。

優(yōu)選地，本步驟中，所述的煅燒的溫度為400～600℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為1～5℃/min，煅燒是在氮?dú)饣驓鍤夥諊逻M(jìn)行的。

本發(fā)明構(gòu)筑且制備得到的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極光電催化生物質(zhì)及其衍生物氧化促進(jìn)制氫。具體包括以下步驟：

(1)在密封氣體循環(huán)體系中配備三電極反應(yīng)器及真空氣路，以所述的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極作為光陽(yáng)極，鉑片作為陰極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極。

(2)配制含有生物質(zhì)及其衍生物的KOH電解質(zhì)溶液，優(yōu)選地，所述的KOH電解質(zhì)溶液濃度為0.1～1mol/L，所述的生物質(zhì)及其衍生物在KOH電解質(zhì)溶液中的濃度為0.05～0.3mol/L。

(3)300W短弧Xe燈配備可見光濾光片作為可見光源，且施加-0.3V(vs.SCE)偏壓于陰極處，最后通過在線氣相色譜(GC)配備熱導(dǎo)傳感器(TCD)對(duì)收集氣體進(jìn)行定性及定量測(cè)定。

優(yōu)選地，所述的生物質(zhì)及其衍生物為葡萄糖。

在本發(fā)明中首先通過多步電化學(xué)陽(yáng)極化法，在鈦板基底上制備生長(zhǎng)出直立生長(zhǎng)周期性有序二氧化鈦納米管陣列作為光學(xué)基底電極材料，由于二氧化鈦納米管具有優(yōu)異的光電化學(xué)穩(wěn)定性，大的比表面積及良好生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)異理想光電化學(xué)材料。將窄帶半導(dǎo)體材料修飾于二氧化鈦納米管表面，能夠 顯著增大對(duì)可見光的吸收及轉(zhuǎn)化效率，且有效改善樣品電極光穩(wěn)定性等特性。通過改性溶劑熱法將鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊均勻修飾于二氧化鈦納米管基底電極表面；再利用溶劑包覆及煅燒處理法，將碳層包覆于鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光陽(yáng)極表面處，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光陽(yáng)極材料。光電化學(xué)性能測(cè)試表明碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管展現(xiàn)出優(yōu)異可見光吸收特性及光電化學(xué)性能，其光電密度值最高達(dá)0.44mA/cm²。結(jié)果進(jìn)一步表明本發(fā)明所制備得到的樣品電極具有顯著增大的光電催化葡萄糖氧化促進(jìn)制氫特性。此外，本發(fā)明所制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極展現(xiàn)出可重復(fù)性，即經(jīng)過5個(gè)周期的可見光循環(huán)測(cè)試后，異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極的光電流密度值依舊維持在0.44mA/cm²。結(jié)果進(jìn)一步表明本發(fā)明異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極材料具有超高的光電催化葡萄糖氧化制氫活性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明選用生物質(zhì)衍生物葡萄糖作為氧化物種替代水氧化制氫，源于其能夠有效降低光電催化過程中氧化過電勢(shì)，從而有效降低了能耗；且其能夠高效的將光電子轉(zhuǎn)移至Pt陰極處分解水制氫。

(2)本發(fā)明將鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊修飾于周期性有序二氧化鈦納米管基底電極。由于鉻摻雜鈦酸鍶具有優(yōu)異可見光吸收特性，使得其能夠顯著增大鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管樣品電極對(duì)可見光的吸收及轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)一步增大樣品電極的光電催化性能。

(3)本發(fā)明將碳層包覆于鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管樣品電極表面，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極。由于碳層具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性及光吸收特性，使得其能夠顯著的增大碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極光電化學(xué)性能及光電催化葡萄糖制氫特性。

(4)本發(fā)明將以碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為光電極光電催化葡萄糖氧化制氫，產(chǎn)氫量最高達(dá)193.03μmol/cm²，其產(chǎn)氫量是光解水制氫量的23.97倍。

附圖說明

圖1為碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的形貌圖。

圖2為碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極光電催化葡萄糖氧化促進(jìn)制氫色譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)鈦板依次用100#，300#和800#砂紙打磨至其表面光滑平整；再用二次蒸餾水和乙醇溶液中分別對(duì)其進(jìn)行超聲清洗10min，隨后用氮?dú)獯蹈善浔砻?。在室溫條件下，傳統(tǒng)兩電極體系中，以鉑片和鈦板分別作為陰極及陽(yáng)極，電極間距為1cm；在外加槽電壓為60V時(shí)進(jìn)行多步電化學(xué)陽(yáng)極化。電化學(xué)陽(yáng)極化電解質(zhì)溶液為：0.3wt％NH₄F和2.0vol％H₂O的乙二醇溶液。陽(yáng)極化后，用二次蒸餾水超聲處理陽(yáng)極化產(chǎn)物1min，再在空氣氛下500℃煅燒結(jié)晶化陽(yáng)極化產(chǎn)物，制備得到周期性有序二氧化鈦納米管基底電極，其升溫和降溫速率為2℃/min。

(2)將步驟(1)中制備基底電極置于含有0.0024mol/L Sr(OH)₂·8H₂O、0.0013mol/L Cr(NO₃)₂·9H₂O和3.125mol/L NaOH的40mL H₂O當(dāng)中；將上述混合溶液和基底電極材料轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯內(nèi)；再利用溶劑熱法，在150℃恒溫條件下反應(yīng)40min；待冷卻后，用二次蒸餾水清洗樣品電極表面，置于60℃真空烘箱中1h烘干處理，制備得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合樣品電極。

(3)將步驟(2)中復(fù)合樣品浸泡于不同濃度(2mg/mL)的葡萄糖溶液中15min，取出后用二次蒸餾水清洗，置于60℃真空烘箱中2h烘干處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極。如圖1所示，大量邊長(zhǎng)為約80nm的鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊沉積修飾于TNTAs表面，且經(jīng)過碳包覆之后，未對(duì)本發(fā)明過程中的納米立方塊和納米管狀結(jié)構(gòu)造成影響。

實(shí)施例2

在室溫條件下，采用傳統(tǒng)三電極體系在CHI660c電化學(xué)工作站上進(jìn)行光電化學(xué)性能測(cè)試，以實(shí)施例1制備的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極作為光陽(yáng)極，飽和甘汞電極(SCE)和Pt片分別作為參比電極和對(duì)電極。以0.1mol/L葡萄糖的0.5mol/LKOH溶液作為電解質(zhì)。安培i-t曲線測(cè)試結(jié)果表明碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極光電流密度值最高達(dá)0.44mA/cm²。相比于純水氧化在其表面處的氧化光電流密度值0.28mA/cm²，結(jié)果 進(jìn)一步表明生物質(zhì)衍生物葡萄糖更易在光電極表面處發(fā)生氧化反應(yīng)，增大樣品電極的光電流密度值。

實(shí)施例3

在密封氣體循環(huán)體系中配備自制三電極反應(yīng)器及真空氣路中，以實(shí)施例1制備的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極作為光陽(yáng)極，鉑片作為陰極和飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，電解質(zhì)溶液為：含有0.1mol/L葡萄糖的0.5mol/LKOH電解質(zhì)溶液。300W短弧Xe燈配備可見光濾光片作為可見光源且施加-0.3V(vs.SCE)偏壓于Pt陰極處。最后通過在線氣相色譜(GC)配備熱導(dǎo)傳感器(TCD)對(duì)收集氣體進(jìn)行定性及定量測(cè)定。如圖2所示(圖2中，曲線由下向上分別為1h、2h、3h、4h、5h、6h)，Pt陰極處氫氣的產(chǎn)量隨著反應(yīng)時(shí)間的遞增呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極光電催化葡萄糖氧化制氫量高達(dá)193.03μmol/cm²，其是光解水制氫量的23.97倍。

實(shí)施例4

一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極，將具有可見光特性的鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊均勻修飾周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極表面，得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極，再通過碳源包覆的方法，通過惰性氣體煅燒處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。具體方法包括以下步驟：

(1)周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極的制備：

對(duì)鈦板進(jìn)行預(yù)處理：鈦板依次用100#、300#、800#砂紙打磨至其表面光滑平整；再用二次蒸餾水和乙醇溶液中分別對(duì)其進(jìn)行超聲清洗5min，隨后用氮?dú)獯蹈善浔砻?，以鉑片和鈦板分別作為陰極及陽(yáng)極，兩個(gè)電極之間距離為0.5cm，在電解質(zhì)溶液(含有0.1wt％NH₄F和1.0vol％H₂O的乙二醇溶液)中，外加槽電壓為20V，進(jìn)行多步電化學(xué)陽(yáng)極化，陽(yáng)極化后，用二次蒸餾水超聲處理陽(yáng)極化產(chǎn)物0.1min，再在空氣氛圍下煅燒結(jié)晶化陽(yáng)極化產(chǎn)物，煅燒的溫度為400℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為1℃/min，制備得到周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極；

(2)鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極的制備：

將步驟(1)制備得到的周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極置于含有鍶源與鉻源的混合溶液中，鍶源包括Sr(OH)₂·8H₂O或Sr(NO₃)₂，鉻源包括Cr(NO₃)₂·9H₂O或Cr(OH)₂，含有鍶源與鉻源的混合溶液中，Sr的濃度為 0.0001mol/L，Cr的濃度為0.001mol/L，含有鍶源與鉻源的混合溶液中還包括濃度為1mol/L的NaOH。隨后將混合溶液和基底電極轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜內(nèi)，50℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)60min，待冷卻后，用二次蒸餾水清洗樣品電極表面，50℃真空烘箱中3h烘干處理，制備得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極；

(3)碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的制備：

將步驟(2)得到的鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極浸泡于濃度為0.5mg/mL的葡萄糖溶液中進(jìn)行碳源包覆，取出后用二次蒸餾水清洗，50℃真空烘箱中3h烘干處理；再經(jīng)過惰性氣氛(氮?dú)饣驓鍤?下煅燒處理，煅燒的溫度為400℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為1℃/min，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。

本實(shí)施例構(gòu)筑且制備得到的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極光電催化葡萄糖氧化促進(jìn)制氫。具體包括以下步驟：

(1)在密封氣體循環(huán)體系中配備三電極反應(yīng)器及真空氣路，以碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極作為光陽(yáng)極，鉑片作為陰極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極。

(2)配制含有葡萄糖的KOH電解質(zhì)溶液，優(yōu)選地，KOH電解質(zhì)溶液濃度為0.1mol/L，葡萄糖在KOH電解質(zhì)溶液中的濃度為0.05mol/L。

(3)300W短弧Xe燈配備可見光濾光片作為可見光源，且施加-0.3V(vs.SCE)偏壓于陰極處，最后通過在線氣相色譜(GC)配備熱導(dǎo)傳感器(TCD)對(duì)收集氣體進(jìn)行定性及定量測(cè)定。

實(shí)施例5

一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極，將具有可見光特性的鉻摻雜鈦酸鍶納米立方塊均勻修飾周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極表面，得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極，再通過碳源包覆的方法，通過惰性氣體煅燒處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。具體方法包括以下步驟：

(1)周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極的制備：

對(duì)鈦板進(jìn)行預(yù)處理：鈦板依次用100#、400#、800#砂紙打磨至其表面光滑平整；再用二次蒸餾水和乙醇溶液中分別對(duì)其進(jìn)行超聲清洗8min，隨后用氮?dú)獯蹈善浔砻?，以鉑片和鈦板分別作為陰極及陽(yáng)極，兩個(gè)電極之間距離為1cm，在電解質(zhì) 溶液(含有0.5wt％NH₄F和2.0vol％H₂O的乙二醇溶液)中，外加槽電壓為50V，進(jìn)行多步電化學(xué)陽(yáng)極化，陽(yáng)極化后，用二次蒸餾水超聲處理陽(yáng)極化產(chǎn)物1min，再在空氣氛圍下煅燒結(jié)晶化陽(yáng)極化產(chǎn)物，煅燒的溫度為500℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為3℃/min，制備得到周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極；

(2)鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極的制備：

將步驟(1)制備得到的周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極置于含有鍶源與鉻源的混合溶液中，鍶源包括Sr(OH)₂·8H₂O或Sr(NO₃)₂，鉻源包括Cr(NO₃)₂·9H₂O或Cr(OH)₂，含有鍶源與鉻源的混合溶液中，Sr的濃度為0.0003mol/L，Cr的濃度為0.003mol/L，含有鍶源與鉻源的混合溶液中還包括濃度為3mol/L的NaOH。隨后將混合溶液和基底電極轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜內(nèi)，100℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)40min，待冷卻后，用二次蒸餾水清洗樣品電極表面，80℃真空烘箱中1.5h烘干處理，制備得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極；

(3)碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的制備：

將步驟(2)得到的鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極浸泡于濃度為5.0mg/mL的葡萄糖溶液中進(jìn)行碳源包覆，取出后用二次蒸餾水清洗，70℃真空烘箱中2h烘干處理；再經(jīng)過惰性氣氛(氮?dú)饣驓鍤?下煅燒處理，煅燒的溫度為500℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為3℃/min，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。

本實(shí)施例構(gòu)筑且制備得到的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極光電催化葡萄糖氧化促進(jìn)制氫。具體包括以下步驟：

(1)在密封氣體循環(huán)體系中配備三電極反應(yīng)器及真空氣路，以碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極作為光陽(yáng)極，鉑片作為陰極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極。

(2)配制含有葡萄糖的KOH電解質(zhì)溶液，優(yōu)選地，KOH電解質(zhì)溶液濃度為0.5mol/L，葡萄糖在KOH電解質(zhì)溶液中的濃度為0.15mol/L。

(3)300W短弧Xe燈配備可見光濾光片作為可見光源，且施加-0.3V(vs.SCE)偏壓于陰極處，最后通過在線氣相色譜(GC)配備熱導(dǎo)傳感器(TCD)對(duì)收集氣體進(jìn)行定性及定量測(cè)定。

實(shí)施例6

一種碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極，將具有可見光特性的鉻 摻雜鈦酸鍶納米立方塊均勻修飾周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極表面，得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極，再通過碳源包覆的方法，通過惰性氣體煅燒處理，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。具體方法包括以下步驟：

(1)周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極的制備：

對(duì)鈦板進(jìn)行預(yù)處理：鈦板依次用100#、300#、500#、800#砂紙打磨至其表面光滑平整；再用二次蒸餾水和乙醇溶液中分別對(duì)其進(jìn)行超聲清洗10min，隨后用氮?dú)獯蹈善浔砻?，以鉑片和鈦板分別作為陰極及陽(yáng)極，兩個(gè)電極之間距離為2cm，在電解質(zhì)溶液(含有1.0wt％NH₄F和3.0vol％H₂O的乙二醇溶液)中，外加槽電壓為80V，進(jìn)行多步電化學(xué)陽(yáng)極化，陽(yáng)極化后，用二次蒸餾水超聲處理陽(yáng)極化產(chǎn)物2min，再在空氣氛圍下煅燒結(jié)晶化陽(yáng)極化產(chǎn)物，煅燒的溫度為600℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為5℃/min，制備得到周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極；

(2)鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極的制備：

將步驟(1)制備得到的周期性有序二氧化鈦納米管陣列基底電極置于含有鍶源與鉻源的混合溶液中，鍶源包括Sr(OH)₂·8H₂O或Sr(NO₃)₂，鉻源包括Cr(NO₃)₂·9H₂O或Cr(OH)₂，含有鍶源與鉻源的混合溶液中，Sr的濃度為0.0005mol/L，Cr的濃度為0.005mol/L，含有鍶源與鉻源的混合溶液中還包括濃度為5mol/L的NaOH。隨后將混合溶液和基底電極轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜內(nèi)，200℃下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)10min，待冷卻后，用二次蒸餾水清洗樣品電極表面，100℃真空烘箱中0.5h烘干處理，制備得到鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極；

(3)碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極的制備：

將步驟(2)得到的鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管復(fù)合電極浸泡于濃度為10mg/mL的葡萄糖溶液中進(jìn)行碳源包覆，取出后用二次蒸餾水清洗，100℃真空烘箱中0.5h烘干處理；再經(jīng)過惰性氣氛(氮?dú)饣驓鍤?下煅燒處理，煅燒的溫度為600℃，煅燒時(shí)升溫或降溫的速率為5℃/min，制備得到碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極。

本實(shí)施例構(gòu)筑且制備得到的碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極光電催化葡萄糖氧化促進(jìn)制氫。具體包括以下步驟：

(1)在密封氣體循環(huán)體系中配備三電極反應(yīng)器及真空氣路，以碳層包覆鉻摻雜鈦酸鍶/二氧化鈦納米管光電極作為光陽(yáng)極，鉑片作為陰極，飽和甘汞電極(SCE) 作為參比電極。

(2)配制含有葡萄糖的KOH電解質(zhì)溶液，優(yōu)選地，KOH電解質(zhì)溶液濃度為1mol/L，葡萄糖在KOH電解質(zhì)溶液中的濃度為0.3mol/L。

(3)300W短弧Xe燈配備可見光濾光片作為可見光源，且施加-0.3V(vs.SCE)偏壓于陰極處，最后通過在線氣相色譜(GC)配備熱導(dǎo)傳感器(TCD)對(duì)收集氣體進(jìn)行定性及定量測(cè)定。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。