[發明專利]一種二氧化鈦-鉑-四氧化三鈷三元復合光催化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610046441.4
• 申請日: 2016-01-23
• 公開（公告）號: CN105664969B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 余家國;張軍;孟愛云
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發明涉及一種二氧化鈦?鉑?四氧化三鈷三元復合光催化材料其制備方法。二氧化鈦?鉑?四氧化三鈷三元復合光催化材料，以暴露{001}和{101}面的二氧化鈦納米片為載體，以鉑和四氧化三鈷納米顆粒為共催化劑，鉑顆粒負載在二氧化鈦納米片的{101}面上，四氧化三鈷納米顆粒負載在二氧化鈦納米片的{001}面上。其光催化分解水產氫效率高，并且共催化劑與二氧化鈦結合緊密，長期使用穩定性良好，有效地解決了現有技術中光催化劑電子空穴極易復合導致光催化效率降低的問題。

技術領域

本發明涉及光催化材料合成技術領域，具體涉及一種二氧化鈦-鉑-四氧化三鈷三元復合光催化材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代技術的發展，能源危機和環境污染問題日益嚴重。為了解決上述問題，人們不斷發展和創新各種方法，其中，最具有發展前景的就是直接利用豐富的太陽能資源轉化為化學能，從而減少環境污染，解決能源短缺問題。近年來，半導體光催化分解水產氫技術以其清潔及低成本的特點，成為一種環境友好型綠色技術，它能夠把低密度的太陽能轉化為高密度的、可儲存的氫能。該技術能夠利用半導體光催化材料在太陽光照射下產生的光生電子和空穴，部分電子能夠遷移到半導體表面，與水或水中的質子發生還原反應，從而產生氫氣。

在眾多的半導體光催化劑中，TiO₂因其優異的光催化活性、化學惰性、無毒等優點而備受青睞，因而得到了最廣泛的應用。然而，TiO₂光催化分解水產氫時，光生載流子極易復合，這降低了TiO₂光催化分解水產氫的效率，從而限制了TiO₂的大規模應用與推廣，因此，開發新型光催化材料，降低光生電子和空穴的復合率，對提高目前光催化分解水產氫效率具有重要意義。最近，人們發現，在二氧化鈦表面沉積共催化劑能夠顯著提高光催化產氫效率。很多有效的共催化劑已經被用在了半導體光催化劑上，如還原型共催化劑(如Pt,NiO,Cu(OH)₂,MoS₂等)和氧化型共催化劑(如IrO₂,RuO₂,CoOx,MnOx等)，然而，研究表明，這兩種共催化劑只有沉積在相對應的氧化面或者還原面時，才能最大限度地發揮作用，降低光生載流子的復合。因此，使還原型共催化劑和氧化型共催化劑選擇性沉積，以顯著降低光生電子和空穴的復合機率，進而提高光催化產氫性能，成為本領域的研究熱點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種二氧化鈦-鉑-四氧化三鈷三元復合光催化材料及其制備方法，所制備的復合材料表現出很高的光催化產氫活性和穩定性。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

提供一種二氧化鈦-鉑-四氧化三鈷三元復合光催化材料，以暴露{001}和{101}面的二氧化鈦納米片為載體，以鉑和四氧化三鈷納米顆粒為共催化劑，鉑顆粒負載在二氧化鈦納米片的{101}面上，四氧化三鈷納米顆粒負載在二氧化鈦納米片的{001}面上。

按上述方案，所述的鉑載量為0.5-3wt％，四氧化三鈷載量為0.5-5wt％。

按上述方案，所述二氧化鈦納米片的長度為80nm-110nm。

按上述方案，鉑顆粒尺寸為1-3nm，四氧化三鈷顆粒尺寸為2～5nm。

提供一種二氧化鈦-鉑-四氧化三鈷三元復合光催化材料的制備方法，步驟如下：

1)制備二氧化鈦納米片：將氫氟酸加入鈦酸四丁酯中，攪拌使溶液混合均勻，然后水熱反應，得到的沉淀經洗滌干燥后，在空氣氛圍中煅燒，即可得到暴露{001}和{101}面的二氧化鈦納米片；

2)制備表面沉積有鉑納米顆粒的二氧化鈦納米片：將氯鉑酸溶于水和甲醇的混合溶液中，將步驟1)所得的二氧化鈦納米片加入該溶液中，充分攪拌并用氙燈光照，得到表面沉積有鉑納米顆粒的二氧化鈦納米片；