[發明專利]一種富含氧空位/AuCu合金的TiO2

有效

• 申請號: 202110167051.3
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112973729B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 姜德立;張乾曉;李娣;周以萌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/02;B82Y30/00;B82Y40/00;C07C1/12;C07C9/04
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本發明屬于納米材料領域，公開一種富含氧空位/AuCu合金的TiO₂納米片光催化劑的制備方法，包括水熱法制備TiO₂納米片，油浴法制備種富含AuCu合金的TiO₂納米片，并進一步通過氫氣還原制取了種富含氧空位/AuCu合金的TiO₂納米片。氧空位附近的Ti³⁺作為電子供體能夠為光催化還原CO₂反應提供電子；Au能促進CO*中間體的形成；Cu能產生足夠多的H*，有利于CO*向CH₄的轉換。表面氧空位和AuCu合金的協同，使富含氧空位/AuCu合金的TiO₂納米片光催化劑能夠定向的將CO₂轉換為高附加值的碳氫化合物。該材料可用于光催化還原CO₂制CH₄，這對清潔能源的開發具有重要的意義。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及一種TiO₂納米方片的制備方法，具體說是一種富含氧空位/AuCu合金的TiO₂納米方片及其制備方法與用途。

技術背景

二氧化鈦(titanium dioxide，TiO₂)，作為一種被研究最廣泛的半導體材料，具有價格低廉、性能穩定、儲量豐富、無毒等特性，引起人們的廣泛關注。然而，在實際應用中由于禁帶寬度較大(3.0～3.2eV)，缺少調控反應途徑的位點，造成了太陽能利用率嚴重偏低，導致其光催化性能較低。

近年來，富含氧空位的光催化體系在光催化還原CO₂方面顯示出獨特的優勢。富含氧空位的TiO₂由于制備簡單、成本低，一直是光催化減排二氧化碳的研究熱點。氧空位附近的Ti³⁺不僅可以作為強電子供體為CO₂的還原提供大量電子，而且可以作為捕獲和活化CO₂的反應位點，提高CO₂的吸附性能，降低反應所需的活化能。此外，表面氧空位可以調節催化劑的電子結構，擴大對入射光的響應范圍，促進光生電荷的分離，進而提升催化劑的光催化活性。目前，國內外研究者在表面氧空位增強光催化材料還原CO₂性能方面開展了一系列卓有成效的工作。例如Huang等人制備了富含氧空位的藍色TiO₂在光催化還原CO₂的過程中表現出了優異的性能。氧空位的存在增強了可見光吸收性能，提供了豐富的活性位點。基于這些優勢， CH₄的生成速率為16.2mol·g^-1·h^-1，是單純TiO₂的9倍(G.H.Yin,X.Y.Huang,T.Y.Chen,W.Zhao, Q.Y.Bi,J.Xu,Y.F.Han,F.Q.Huang.Hydrogenated blue titania forefficient solar to chemical conversions: preparation,characterization,andreaction mechanism of CO₂ reduction.ACS Catal.,2018,8,1009-1017.)。但是在CO₂還原過程中，會同時發生多種電子轉移和反應路線，例如：CO₂+2H⁺+2e^-＝CO+ H₂O和2H⁺+2e^-＝H₂，因此還原產物主要以CO和H₂為主。這是由于表面氧空位附近的Ti³⁺只能為反應提供電子，而不能調節CO₂還原過程的反應路徑和中間產物。因此，目前單一的表面氧空位位點很難同時實現CH₄的高產率和高選擇性。因此，構建高選擇性富含氧空位的 TiO₂光催化體系仍是一個很大的挑戰。