[發明專利]二元合金@TiO2可見光催化材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810726742.0
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108855064A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 許華;劉付麗;歐陽述昕;趙明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/52
• 分類號: B01J23/52;B01J23/63;B01J23/89;C01B3/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明公開了一種二元合金@TiO2可見光催化材料及其制備方法，利用化學試劑還原相應的金屬無機鹽前驅物，采用一步水熱法在TiO2表面負載二元合金納米粒子。該合成工藝的特點是：不需要任何表面活性劑或高分子聚合物做分散劑，反應時間短，合金成分可控，可在多種晶相TiO2表面負載。利用一步水熱還原法制備的合金@TiO2可見光催化材料，其特點是：合金組分/比例可控，能夠有效優化其可見光催化水分解產氫/出氧和二氧化碳光還原活性。

技術領域

本發明涉及一種二元合金@TiO2可見光催化材料及其制備方法。

背景技術

目前，環境污染和能源短缺是人類社會面臨的兩大難題，光催化技術能夠將光能轉變為化學能以光催化降解環境中的有毒有機污染物、光催化分解水產氫、光還原CO2生成碳氫燃料等，被認為是解決環境和能源問題的有效途徑之一。

TiO2因其反應活性高、穩定性好、低廉無毒等優點成為研究最為廣泛的光催化材料，但其較寬的能帶(3.2eV)限制其只能吸收占太陽光譜5％的紫外光，因此亟待開發具有可見光響應的TiO2光催化材料。基于Au納米粒子所具有的局域表面等離子共振效應可以光敏化TiO2使其具有可見光催化活性；其具體反應步驟為：Au納米粒子受激產生電子，該電子需要克服Au與TiO2界面接觸形成的肖特基勢壘(Φ_B)從而遷移到TiO2導帶，進而還原吸附在TiO2表面的CO2生成碳氫化合物等有機燃料。因此，電子需要克服的肖特基勢壘(Φ_B)很大程度上決定了光生電子的傳輸效率，進而影響光催化反應活性。肖特基勢壘(Φ_B)由金屬的功函數(W)和半導體導帶的電子親和勢(χ)決定：Φ_B＝W-χ。鑒于金屬的功函數不同，當Au與功函數較小的金屬形成合金時，二元合金的功函數減小，合金@TiO2間肖特基勢壘將減小，有利于光生電子傳輸，進而提高光催化反應活性。Au、Cu、Ru、Ag、Pt的功函數分別為5.1，4.65，4.71，4.26，5.65。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種二元合金@TiO2可見光催化材料及其制備方法，解決現有技術中Au@TiO2間肖特基勢壘較高，貴金屬Au的使用成本高，可見光催化活性低的問題。同時，本發明采用一步水熱法使用還原試劑同時還原合金組分的無機金屬鹽，合成工藝簡單、周期短、無污染。

本發明的技術方案是：

一種二元合金@TiO2可見光催化材料，所述合金材料為Au-M，其中M為Cu、Ru、Ag、Pt中的一種。

一種二元合金@TiO2可見光催化材料的制備方法，利用化學試劑還原相應的金屬無機鹽前驅物，不需要任何表面活性劑或高分子聚合物做分散劑，采用一步水熱法在TiO2表面負載二元合金納米粒子。

所述金屬無機鹽前驅物包括含Au前驅物與M前驅物，所述含Au前驅物為氯化金、氯金酸、氯金酸鉀中的一種，含M前驅物為氯化銅、硝酸銅、氯化釕、硝酸銀、氯化鉑、氯鉑酸、氯鉑酸鉀中的一種。

所述化學還原試劑為硼氫化鈉、水合肼、次亞磷酸鈉、抗壞血酸、過氧化氫中的一種。

二元合金@TiO2可見光催化材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將權利要求3所述的含Au前驅物與M前驅物按照化學計量比加入到TiO2懸濁液中，其中Au與合金(Au-M)的摩爾比例為1-100％(摩爾比例)，合金與TiO2的質量比例為0.5–1.5％；

(2)將權利要求4所述的還原劑配置成溶液緩慢加入到上述步驟(1)懸濁液中，其中還原劑與TiO2的摩爾比例為5：1-1：1，攪拌溶液，然后將其轉移到聚四氟乙烯內膽中；

(3)將上述步驟(2)中的水熱釜置于烘箱中120-150攝氏度條件下反應1-2小時，反應結束后，將其水洗、干燥。