[發明專利]一種異質結復合光催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910109989.2
• 申請日: 2019-02-11
• 公開（公告）號: CN109647371A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 余長林;周晚琴;李德豪;楊凱
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: B01J23/02
• 分類號: B01J23/02;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/70;C01B3/04;C02F101/22
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發明涉及光催化技術領域，公開了一種異質結復合光催化劑及其制備方法和應用，所述催化劑包括特定比例的金紅石型TiO₂、六方晶系CaTi₄O₉及六方晶系CaTiO₃，本發明通過在TiO₂中摻入CaTi₄O₉及六方晶系CaTiO₃，有效抑制光生空穴和電子的復合，提高了量子效率，同時，本發明的異質結復合光催化劑使得具有寬禁帶的TiO₂、CaTiO₃展現出高導帶電勢的優勢，為光催化反應提供具有更強還原能力的光生電子，有效提高了光催化分解水制氫速率及還原去除Cr(Ⅵ)效率。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域，具體涉及一種異質結復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源與環境問題是制約人類社會發展的主要因素。當今世界經濟的發展仍依賴于化石能源，隨著人類社會的不斷進步，能源的消耗日趨增大。據預測，2050年世界能源需求將達到2000年的2倍，但化石能源正逐漸枯竭，同時化石能源也帶來了諸如溫室效應、大氣污染、水污染等一系列環境問題。發展太陽能、水能、風能、核能等清潔可再生能源來取代化石能源是解決能源危機與環境污染的關鍵。

太陽輻射每年到達地球的能量遠超人類所需，而用半導體催化劑光催化分解水產生氫氣是有效利用太陽能并將其轉化為氫能源的方法之一。早在1972年，Fujishima和Honda用TiO₂和Pt作電極，通過施加一個偏移電位，在紫外燈照射下首次實現了光催化分解水產氫。經數十年的不斷研究探索，用作光催化分解水的光催化劑已達數百種，其中TiO₂以其催化活性高、性能穩定、價格便宜，對人體無害等優點備受人們青睞，成為最受重視的一種光催化劑。然而，TiO₂作為光催化劑應用于實際時存在不能利用可見光和量子效率偏低兩個較大的制約因素。為此，人們廣泛而深入地研究了具備不同能級結構的半導體材料的光催化分解水的反應原理，并通過貴金屬沉積、過渡陽離子摻雜、染料敏化、復合半導體等方法來提高TiO₂量子效率和提高可見光利用率，但效果不是很顯著。因此，尋找一種光響應范圍廣，量子效率高的新型光催化劑是一項重要的研究課題。

發明內容

因此，本發明旨在提供一種光響應范圍廣、量子效率高的新型異質結復合光催化劑；同時，本發明還提供了所述光催化劑的制備方法及其應用。

為此，本發明提供了一種異質結復合光催化劑，包括31～90wt％的金紅石型TiO₂、4～28wt％的六方晶系CaTi₄O₉及6～41wt％的正交晶系CaTiO₃。

進一步地，所述光催化劑的粒徑為30～40nm，比表面積為20～25m²/g，孔體積為0.07～0.16cm³/g，孔徑為12～38nm，帶隙能為3.0～3.47eV。

本發明還提供了一種上述異質結復合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

將乙酸鈣充分分散于有機溶劑中，加入TiO₂前驅體，混合均勻后將混合液在150～200℃下進行溶劑熱反應18～30h，對所得產物進行冷卻、分離、洗滌和干燥，即得所述異質結復合光催化劑的前驅體；

對所述前驅體以4～6℃/min的升溫速率勻速加熱至650～750℃，隨后保溫至少1.8h，即得所述異質結復合光催化劑。

進一步地，所述乙酸鈣與所述TiO₂前驅體的物質的量比為1：(1～20)。

進一步地，所述TiO₂前驅體為有機鈦鹽；所述有機溶劑為乙二醇、丙三醇、聚乙二醇中的至少一種。