[發(fā)明專利]一種大比表面積Ti3+自摻雜的銳鈦礦相氧化鈦光催化劑及其合成方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310147805.4
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103285852A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張蝶青;章姍姍;溫美成;劉佩玨;李和興
• 申請（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;C01B3/32
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳瑾瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化劑合成領(lǐng)域，具體涉及一種大比表面積Ti³⁺摻雜的多孔銳鈦礦氧化鈦光催化劑及其合成方法和應(yīng)用。?

背景技術(shù)

環(huán)境和能源問題已經(jīng)成為當(dāng)前影響人們生活和危及人類生存的主要問題。這個問題迫使人類開發(fā)清潔和可持續(xù)、可再生的能源。氫在很多應(yīng)用中被廣泛認為是未來的清潔能源載體,如環(huán)保車輛、家庭取暖和發(fā)電廠。光催化水解制氫因其利用自然界中取之不盡用之不竭的太陽能作為能源來源，是實現(xiàn)氫經(jīng)濟效應(yīng)最有前景的方式。然而，實踐證明，尋找一種滿足光催化制氫所有要求（化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、捕獲可見光和合適邊帶）的理想的光催化很困難。幸運的是，過渡金屬氧化物TiO₂綠色環(huán)保無毒定、穩(wěn)定性好、耐酸堿、不發(fā)生光溶解或光腐蝕，有很好的再生性，可實現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)產(chǎn)氫。?

然而普通的TiO₂在光催化產(chǎn)氫的過程中，光生電子-空穴對在催化劑內(nèi)部向表面遷移的過程中極易發(fā)生復(fù)合，且易發(fā)生光催化產(chǎn)氫的逆反應(yīng)，這些導(dǎo)致了光能轉(zhuǎn)化為氫能的總效率很低，因此，設(shè)計合成新型高效的TiO₂?光催化劑是提高光催化產(chǎn)氫效率的關(guān)鍵。近年來，國內(nèi)外已有大量提高納米TiO₂光催化產(chǎn)氫的新方法，然而通常結(jié)晶度高的納米氧化鈦具有比較小的比表面積，活性位較少、吸收光的面積較小且不利于光生電子與空穴的分離，很大程度上影響了光量子效率。其中Ti³⁺摻雜的TiO₂，因其Ti⁴⁺與Ti³⁺形成的電場對電荷的分離作用能大幅度提高TiO₂光催化產(chǎn)氫活性，也有大量科研人員對其進行研究。?

本發(fā)明設(shè)計合成了一種具有Ti³⁺自修飾且具有大比表面積的TiO₂，并對其表面進行單質(zhì)Pt的負載，并對其結(jié)構(gòu)特征及產(chǎn)氫活性進行了一系列研究。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和市場需求，提供一種大比表面積Ti³⁺自摻雜的多孔銳鈦礦氧化鈦光催化劑及其簡單易行，成本低廉的制備方法。?

本發(fā)明所提供的具有大比表面積Ti³⁺自摻雜的多孔銳鈦礦氧化鈦光催化劑，其特征在于：所述銳鈦礦氧化鈦為具有多孔結(jié)構(gòu)的球形顆粒，粒徑為1.2～1.5μm。?

本發(fā)明的具有大比表面積Ti³⁺摻雜的銳鈦礦氧化鈦光催化劑，其制備方法包括以下步驟：?

（1）將59-235mmol/L的TiCl₃溶液，優(yōu)選235mmol/L，置于微波反應(yīng)釜中，以18-30℃/min的升溫速率，600-1000W的微波功率升溫至138℃?-200℃并保持0-30min，優(yōu)選升溫到150℃保持0min，待冷卻至室溫，洗滌至中性，離心并真空干燥，得到樣品A；?

（2）將所得樣品A分散于以氯鉑酸為溶質(zhì)，水和甲醇為溶劑的溶液中，攪拌分散均勻，置于200-300W紫外光源（全波段照射）下光照30-40min，用水和酒精分別洗滌3-4次，80-90℃真空干燥3-4h。?

步驟（1）所述TiCl₃溶液的溶劑為水、冰乙酸、N，N-二甲基甲酰胺的一種或者水與冰乙酸、水與N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液，其中冰乙酸作為溶劑最佳。?

步驟（2）中樣品A與氯鉑酸的用量比為0.05g/1.28×10^-6mol～0.05g/5.12×10^-6mol，優(yōu)選0.05g/2.54×10^-6mol。?

步驟（2）中水和甲醇的體積比為3：1-3，優(yōu)選3：1。?

上述具有大比表面積Ti³⁺銳鈦礦相氧化鈦光催化劑可用于光催化產(chǎn)氫。?

本發(fā)明以TiCl₃為鈦源、冰乙酸為溶劑、微波輔助加熱的條件下，成功合成了具有多孔結(jié)構(gòu)的Ti³⁺自摻雜的銳鈦礦相TiO₂可見光催化劑，在合成TiO₂材料的過程中，本發(fā)明選用了微波輔助加熱的方法，相比于傳統(tǒng)的加熱方法，微波合成具有熱能高、速度快、耗能低及產(chǎn)品純度高、產(chǎn)率高等優(yōu)點，能實現(xiàn)環(huán)境對綠色合成的要求。?