[發明專利]一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210423640.8
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114984937A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 沈意;劉莎莎;朱超;許俊杰;張海忠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C01B3/04;C01G23/053;C01G23/08;C01B3/22
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

1.一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑，其特征在于包括含鈦空位的TiO₂內芯以及包覆在其外側的含氧空位的TiO₂外殼，所述催化劑的雙空位即為鈦空位和氧空位。

2.如權利要求1所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑的制備方法，其特征在于采用一步水熱的制備方法，包括先合成含鈦空位的前體，再合成氧空位的TiO₂的一步水熱法。

3.如權利要求2所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑的制備方法，其特征在于一步水熱法的具體步驟如下：

1）將甘油和低級醇類混合攪拌均勻后，向其混合溶液中加入鈦鹽，充分攪拌得到第一混合物；

2）將去離子水滴加所述第一混合物中，攪拌至均勻得到第二混合物；將第二混合物轉移至水熱反應釜中攪拌后，將水熱反應釜放入烘箱中加熱進行水熱反應，反應結束后冷卻至室溫，產物經洗滌、干燥后進行高溫煅燒，得到空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑。

4.如權利要求3所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑的制備方法，其特征在于所述鈦鹽包括乙酸鈦、草酸鈦、鈦酸四丁酯和硫酸鈦中的至少一種，低級醇類包括甲醇、乙醇、丙醇和異丙醇中的至少一種。

5.如權利要求3所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑的制備方法，其特征在于步驟1）中，甘油和低級醇類的體積用量之比為5~40mL：40~75mL，優選為10~15mL：65~70mL；甘油的體積與鈦鹽的物質的量之比為（5~20）mL：（5~10）mmol，優選為（10~15）mL：（6~7）mmol。

6.如權利要求3所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑的制備方法，其特征在于步驟2）中，烘箱加熱溫度為100~300℃，優選為180~200℃，加熱時間為1~48h，優選為20~30h；步驟2）中，高溫煅燒是在空氣氣氛下進行，煅燒溫度為350~500℃，時間為1~5h；

步驟2）中去離子水與第一混合物的體積之比為0.1~1 : 80~82，優選為0.2~0.5 : 80~82。

7.如權利要求1所述的一種空間分離的雙空位二氧化鈦同質結催化劑在光催化制氫中的應用。

8.如權利要求7所述的應用，其特征在于利用所述催化劑光催化含犧牲劑的水溶液制氫，所述犧牲劑水溶液包括甲醇、異丙醇、三乙醇胺、甲酸和抗壞血酸中的至少一種。

9.如權利要求8所述的應用，其特征在于具體應用方法為：向犧牲劑水溶液中加入所述催化劑材料，在鼓泡氬氣后加入氯鉑酸溶液，所得混合溶液在高壓汞燈下照射0.5-1h載鉑，隨后排氬氣進行制氫實驗，于暗處磁力攪拌0.5-1h達到吸附-脫附平衡，打開金鹵燈進行光催化制氫。

10.如權利要求9所述的應用，其特征在于：所述犧牲劑水溶液為甲醇水溶液，其體積濃度為10%~70%，優選為30%；催化劑的質量與犧牲劑水溶液體積之比為（10~30）mg：100 mL ，優選為20mg：100 mL；氯鉑酸溶液中的鉑元素與催化劑的質量之比為0.5~2:20，優選為1:20。