[發明專利]一種高分散銅負載二氧化鈦納米片的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202011106687.9
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112439416A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 陳立勇;于豐洋;段春迎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J35/00;B01J37/08;C01B3/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于多功能雜化納米材料合成技術領域，涉及一種高分散銅負載二氧化鈦納米片的制備方法及其應用。本發明是通過水熱合成法制備二氧化鈦納米片，隨后在其上負載Cu?MOF(HKUST?1)，并在還原氣氛下，經過熱處理制備高分散銅負載二氧化鈦納米片，并將其用于光催化甲醇降解制備氫氣。結果表明：通過MOF固定的銅簇可以高分散的負載于二氧化鈦納米片的表面，有效的提高了二氧化鈦光降解甲醇產氫的效率。本發明的方法簡便易行，反應條件溫和，制備的二氧化鈦納米片具有較高的光催化產氫速率。

技術領域

本發明屬于多功能雜化納米材料合成技術領域，涉及一種高分散銅負載二氧化鈦納米片的制備方法及其應用。

背景技術

由于大量的化石燃料的消耗，和所產生的大量的碳排放，導致地球環境發生了災難性變化，氣候變暖與能源短缺問題已經成為亟待解決的全球性難題。氫氣作為一種清潔高效的新能源，它能在一定程度上解決能源短缺問題，而且是一種零碳排放的清潔能源。太陽能同樣是一種高效清潔的可再生能源，而光催化技術既是將太陽能轉化為其他能源儲存的有效手段。

半導體光催化產氫技術以太陽能驅動力，將太陽能轉化為氫能源進行儲存，在同時解決這兩個問題方面具有不可估量的潛力。二氧化鈦以其無毒無害，化學性質穩定，抗光腐蝕能力強，能帶位置適宜，價格低廉等優勢被廣泛應用于光催化領域的研究。二氧化鈦作為光催化劑具有極大的潛力，但目前還存吸光范圍窄，只能吸收紫外光，光生電子和空穴容易復合和表面活性位點少等缺點，限制了二氧化鈦在光催化中的應用。

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供更加簡單、高效的合成方法用于構筑銅納米簇雜化的二氧化鈦納米片，優化二氧化鈦的結構，提高二氧化鈦的光催化產氫速率。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種有效的合成方法，制備高分散負載銅納米團簇的二氧化鈦二維納米片，增強二氧化鈦表面的光生電子和空穴的分離效果，增加二氧化鈦表面的催化位點，提高了二氧化鈦的光催化產氫速率。

本發明的技術方案：

一種高分散銅負載二氧化鈦納米片的制備方法，通過水熱合成法制備二氧化鈦納米片，隨后在其上負載Cu-MOF(HKUST-1)，并在還原氣氛下，經過熱處理制備高分散銅負載二氧化鈦納米片；具體步驟如下：

步驟一：合成二氧化鈦納米片

將體積比為1：1-5：1鈦酸丁酯和乙醇混合均勻，然后加入HF，使HF在乙醇中的質量百分含量為4-8％，攪拌均勻后，置于高壓反應釜中，150-200℃下煅燒12-24h后，離心洗滌，真空干燥得到二氧化鈦納米片。

步驟二：二氧化鈦納米片負載Cu-MOF

將步驟一制備得到的二氧化鈦納米片超聲分散到甲醇溶液中，控制二氧化鈦納米片在甲醇溶液中的濃度為0.2～1mg/mL，得到混合物A；向混合物A中加入醋酸銅，使銅元素與二氧化鈦的質量比為1:1～1:10，得到混合物B；將混合物B超聲分散，離心倒掉上層清液，沉淀物用含有與銅元素相同質量的均苯三酸的甲醇溶液重新分散，并在80-100℃下加熱12-24h，得到負載Cu-MOF的二氧化鈦納米片TiO₂NS/Cu-MOF。

步驟三：高分散負載銅納米團簇的二氧化鈦納米片的制備

將步驟二中得到的TiO₂NS/Cu-MOF置于管式爐中，在H₂與Ar混合氣氛中250-450℃下煅燒12-24h，其中，混合氣氛中H₂體積百分含量為5-10％，得到高分散銅負載二氧化鈦納米片TiO₂NS/CuNC。