[發明專利]雙異質結構光催化劑及其應用和制備方法

有效

• 申請號: 201710172916.9
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107051549B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 胡陳果;劉建林;張翠玲;王雪;奚伊
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B01J27/053
• 分類號: B01J27/053;B01J27/055;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B3/04;C01G23/00;C02F1/30;C25B1/04
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 譚春艷

本發明公開了一種雙異質結構光催化劑及其應用和制備方法，為TiO₂/金屬/SrSO₄雙異質結構材料。在光降解污染物和光分解水制氫上應用。制備方法，包括如下步驟：步驟(1)、異質結構TiO₂/SrSO₄材料的合成，以納米SrTiO₃為原料，加入過量的硫酸溶液，攪拌均勻后放入容器內，再和容器一起放入反應釜內反應，將得到的樣品清洗干燥；步驟(2)、雙異質結構材料TiO₂/Ag/SrSO₄的合成：將所得異質結構TiO₂/SrSO₄材料加入去離子水中，然后加入貴金屬溶液攪拌混合均勻，按照重量比，貴金屬與TiO₂/SrSO₄材料的重量比為1:2?64，在紫外光照下進行反應，反應完后清洗干燥得到產品。本發明極大的促進光生電子空穴對的分離，并且由于SrSO₄的特殊結構等原因，極大提高了其光降解污染物和光分解水制氫的能力。

技術領域

本發明涉及一種雙異質結構光催化劑及其應用和制備方法，屬于催化劑領域。

背景技術

環境污染以及能源危機已經成為制約人類社會發展的兩大難題。二氧化鈦(TiO₂)是一種寬禁帶半導體，具有3.2電子伏特的帶隙能量(銳鈦礦)，已被廣泛研究。納米TiO₂(P25)作為光催化劑因其較高的光催化活性、無毒、化學穩定性和廉價性在降解有機污染物方面已獲得比較廣泛的應用，當然P25也存在很難回收重復利用，光生電子空穴的復合對其光催化活性的降低等問題。在如何提高納米材料的光催化降解性能，人們做了大量的科研工作。目前，主要從使納米材料的帶隙變窄，抑制光生電子-空穴對的重組的方面進行，主要包括金屬離子和非金屬離子的摻雜，納米材料表面的染料敏化，貴金屬銀、金、鉑等的沉積等。

自20世紀70年代，Fujishima和Honda發現鉑二氧化鈦電極的制氫以來，利用太陽能分解水一直是一個關注的焦點，這可能意味著太陽能可以直接轉換成化學能，清潔可再生的氫燃料。到目前為止，大量的研究促進了半導體催化劑氫的發展,光分解水制氫相信普及應用的那一天不會太遠。然而由于光生電子空穴對的復合，幾乎所有的半導體材料都沒有比較高的制氫性能。同樣，貴金屬銀、金、鉑等的沉積，尤其是鉑沉積在半導體表面，能很大的提高其光分解水制氫的性能。但是也正是貴金屬的昂貴，在很大程度方面限制了光分解水制氫的普及應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種應用在光降解污染物和光分解水制氫上的雙異質結構光催化劑，本發明還提供了該種雙異質結構光催化劑的制備方法，提高了光催化和光降解污染物的性能，制作成本低。

為了實現上述第一目的，本發明的技術方案如下：一種雙異質結構光催化劑，為TiO₂/金屬/SrSO₄雙異質結構材料。

采用上述方案，因為SrSO₄帶隙寬，不適合作為光催化材料，因此，人們一般不將SrSO₄作為光催化劑，但是發明人經過研究發現，在添加了金屬以后，TiO₂/SrSO₄的光催化性能得到了很大的提高。同時，本發明在添加了SrSO₄后制得的雙異質結構材料的光降解催化性能也比單純的TiO₂/金屬的效果好，起到了預料不到的效果。

優選的：Ag或Pt或Au或Pd或它們的合金。即Ag或Pt或Au或Pd的合金材料

上述雙異質結構光催化劑在光降解污染物、光電分解水制氫、電分解水制氫、和光分解水制氫上的應用。

本發明促進了光生電子空穴對的分離，并且，經過研究發現由于硫酸鍶的島狀結構，在(001)和(210)面解離，并且具有負電性等原因，使得該雙異質結構材料在光催化降解污染物以及光分解水制氫方面都有很好的應用前景。