[發明專利]一種多重結TiO2

有效

• 申請號: 202010170744.3
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111346627B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王智宇;于思琦;錢國棟;樊先平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J23/42;B01J23/50;B01J35/00;B01J37/16;B01J37/18;B01J37/34;C01B3/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種多重結TiO₂納米異質結構光催化劑及其制備方法。首先通過光沉積鉑，利用鉑對TiO₂納米晶的部分晶面進行保護，并在鉑和晶體TiO₂界面處形成肖特基結。通過氫化在未保護部分晶面處引入無序層，在晶體TiO₂和無序層處形成n?n⁺結。通過光還原，在銀和無序層界面處形成歐姆接觸。最終獲得多重結TiO₂納米異質結構光催化劑。本發明提供的制備工藝簡單，所制備的催化劑能同時實現光生載流子的有效空間分離和對太陽能利用率的提高，具有優異的光催化性能。

技術領域

本發明屬于金屬氧化物功能材料的制備領域，特別涉及一種多重結TiO₂納米異質結構光催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著全球對環境保護的日益增強和能源需求的持續增長，發展可持續、清潔而低成本的能源是當前環境能源領域的重大主題之一。利用金屬氧化物半導體材料實現太陽能-化學能的高效轉化，是一種極具潛力的高效光催化技術。其中，TiO₂作為一種光催化劑，由于其價格低廉、環境友好和化學穩定性，被廣泛應用于光催化降解有機污染物、光催化分解水制氫、光催化還原CO₂和光伏器件等領域。然而，由于TiO₂的禁帶寬度較大，例如，銳鈦礦相TiO₂的禁帶寬度為3.2 eV，其光解水體系僅在紫外光區域穩定有效，因而對于太陽輻射的總能量利用率較低。此外，TiO₂中的光生載流子分離效率較低，易于復合，也限制了其實際應用。

在晶體TiO₂中引入無序層是一種擴寬其光譜響應范圍的有效策略。Chen等人通過在高壓H₂氣氛中熱處理TiO₂，獲得了一種黑色的TiO₂，使其具有獨特的晶體核/無序殼結構，有效增強了其光吸收性能。氫化能夠有效提高TiO₂對太陽能的利用率，但其對于載流子分離效率的促進有限。利用TiO₂和其它半導體材料形成的異質結可以引入內建電場，從而使載流子的傳輸具有定向性，實現電子-空穴對的分離，提高光催化活性。然而，這種方法對于半導體材料的能帶結構和能帶匹配要求較高，且單一異質結的內建電場對于載流子的驅動力較小，電子-空穴對的分離效率仍不夠高。

因此，同時實現TiO₂對太陽能的高利用率和有效的載流子空間分離仍是一個極大的挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種多重結TiO₂納米異質結構光催化劑及其制備方法。

本發明采用如下技術方案：

一種多重結TiO₂納米異質結構光催化劑的制備方法，步驟如下：1）通過光沉積鉑，實現鉑對TiO₂納米晶的部分晶面保護，并在鉑和晶體TiO₂界面處形成肖特基結；

2）通過氫化在未保護部分晶面處引入無序層，形成晶體TiO₂和無序層處的n-n⁺結；

3）通過光還原，在銀和無序層界面處形成歐姆接觸，獲得多重結TiO₂納米異質結構光催化劑。

以催化劑的質量為100%計，鉑的質量分數為0.5-2%。

以催化劑的質量為100%計，銀的質量分數為0.25-1%。

所述的制備方法，步驟如下：

1）將銳鈦礦相TiO₂粉末加入到氯鉑酸溶液中，在紫外光照下室溫攪拌30 min，經離心分離、干燥后，得到Pt-TiO₂；