一种纳米金属/碳纳米管/二氧化钛催化剂的制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种纳米金属/碳纳米管/二氧化钛催化剂的制备方法和装置，(1)将金属盐溶液与MWNTs混合并加入硫酸作为分散剂，超声混合得混合液；(2)将洁净的导电玻璃放入所得混合溶液中，并将混合液及导电玻璃置于等离子体介质阻挡放电反应器中，等离子体条件下沉积，在导电玻璃电极表面导向性生长纳米金属/MWNTs；(3)将TiO2在乙醇溶液中超声形成分散相，将分散样品浸涂到所得纳米金属/MWNTs生长的导电玻璃上，烘干制得纳米金属/碳纳米管/TiO2电极；或先将TiO2分散液浸涂在导电玻璃上再进行如步骤(2)所示的等离子体沉积。本发明专利技术要解决的技术问题是采用等离子体技术对TiO2电极进行改性修饰，实现金属颗粒/MWNTs导向性生长过程，制备得到复合电极。

Preparation method and device of nano metal / carbon nanotube / titanium dioxide catalyst

The invention discloses a preparation method and a device for nano metal / carbon nanotube / titanium dioxide catalyst. (1) mixing metal salt solution with MWNTs and adding sulfuric acid as a dispersant, mixed liquid by ultrasonic mixing; (2) placing the clean conductive glass in the obtained mixed solution and placing the mixture and conductive glass in the plasma. In the dielectric barrier discharge reactor, the deposition of plasma is deposited and the nano metal /MWNTs is grown on the surface of the conductive glass electrode. (3) the dispersive phase of TiO2 is formed in the ethanol solution, and the dispersed sample is dipped on the conductive glass grown by the obtained nano metal /MWNTs, and the nano metal / carbon nanotube /TiO2 electricity is dried. The first step is to dip the TiO2 dispersion onto the conductive glass and carry out plasma deposition as shown in step 2. The technical problem to be solved in this invention is to modify the TiO2 electrode by plasma technology, realize the guiding growth process of the metal particle /MWNTs, and prepare the composite electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金属/碳纳米管/二氧化钛催化剂的制备方法和装置

技术介绍
光电催化技术是采用光、电协同效果，提高光生电子-空穴分离，实现光阳极有机污染物氧化去除或光阴极还原反应的一种新型处理技术。但单纯半导体材料光能转换效率低，催化反应活性不够高，如典型的TiO2催化剂，虽然紫外光响应强，但对于可见光无法产生响应，因此首先需要将TiO2催化剂光响应范围拓展到可见光，另外，催化剂光生电子-空穴激发分离后容易重新复合，往往需要较高的偏压促进电子分离导出，因此需要采用一些技术手段(如沉积法、吸附法、共价法和聚合成膜法等)将具有某些功能的物质(金属、半导体、化学基团和聚合物)与TiO2进行复合，对电极表面进行改性，改变电极表面的形貌状态，使它成为表面修饰电极，从而提高光能转换效率，扩大电极催化活性。
技术实现思路
为了克服现有技术中单纯半导体材料光能转换效率低，催化反应活性不够高的问题，本专利技术提供一种采用等离子体技术制备纳米金属/碳纳米管/TiO2催化剂的制备方法及装置，要解决的技术问题是采用等离子体技术对TiO2电极进行改性修饰，实现金属颗粒/MWNTs导向性生长过程，制备得到的纳米金属/MWNTs/TiO2电极。一种采用等离子体技术制备纳米金属/碳纳米管/TiO2催化剂的方法，包括如下步骤：(1)将金属盐溶液与MWNTs(多壁碳纳米管)混合并加入硫酸作为分散剂，超声混合得混合液；(2)将洁净的FTO放入所得混合溶液中，使混合液溶液没过FTO表面1-5mm，并置于等离子体介质阻挡放电反应器中，等离子体条件下沉积，在FTO电极表面导向性生长纳米金属/MWNTs；(3)将TiO2在乙醇溶液中超声形成分散相，将分散样品浸涂到步骤(2)所得纳米金属/MWNTs生长的导电玻璃上，烘干制得纳米金属/碳纳米管/TiO2电极；或先将TiO2分散液浸涂在FTO上再进行如步骤(2)所示的等离子体沉积。等离子体被称为物质的第四态，由离子、电子、激发态的原子、自由基和分子等组成，整体呈现电中性，具有非常高的化学反应性和活性。采用等离子体处理技术对MWNTs表面进行改性接枝也是利用了等离子体技术的优势，为MWNTs的进一步复合光催化剂提供支撑。通过等离子体产生高速高能的带电粒子并注入到MWNTs中，引起一系列的级联碰撞、散射、激发、重排、杂化、异构等作用，对MWNTs表面及内部的化学结构和物理结构进行改性。另外，利用等离子体放电产生的高能电子作为还原剂进行纳米颗粒还原，从而更有利于金属/金属氧化物的合成，是一种高效且无化学污染的合成技术。本专利技术采用等离子体技术实现金属纳米颗粒/碳纳米管定向性可控生长，制备具有高光电催化活性的纳米金属/碳纳米管/TiO2材料，并采用制备得到的纳米金属/MWNTs/TiO2电极进行酚类污染物降解协同铬还原研究，从而分析复合电极光电催化活性，探讨光生电子-空穴分离、电子转移传递机制。制备得到的纳米金属/碳纳米管/TiO2电极也可通过改变沉积次序，先进行TiO2薄膜负载，在薄膜上面再采用等离子体技术实现纳米金属/碳纳米管改性负载，形成另一种形式的纳米金属/碳纳米管/TiO2电极。优选地，所述金属盐溶液为HAuCl4·3H2O、PtCl2、PdCl2、AgNO3、CuCl2、Ni(NO3)2中的至少一种。优选地，所述混合液中金属盐溶液的浓度为1.0×10-4-1.0mol·L-1，MWNTs的浓度为0.1-1.0g·L-1，超声时间为25～35min。优选地，硫酸的加入量以50-200ml中加入1～5ml计。硫酸为纯硫酸。优选地，等离子体条件下沉积时间为10-30min、输入电压为10～100V。电极间距为1～8mm。优选地，所述分散样品中TiO2浓度为0.1-1.0g/L。电极制备完成后，需再用去离子体冲洗电极，室温干燥。采用的优选条件，可较好地将金属离子复合MWNTs等离子体沉积到FTO电极上，金属离子浓度过高则会导致表面结构覆盖过多，影响金属分散，MWNTs浓度过高则会导致基底覆盖过厚，实际利用率不高。优选地，所述TiO2由溶胶-凝胶法制备：钛酸丁酯作为TiO2前驱物，逐步加入到乙醇和硝酸混合液中，调整PH为1.5～2.5，均速搅拌50～60min，制得溶胶，悬浮液离心分离，用乙醇清洗离心三个连续的周期，然后老化生成凝胶，再进行450～550℃煅烧20～40min即得。进一步优选，钛酸丁酯作为TiO2前驱物，逐步加入到15mL乙醇和硝酸混合液(pH＝2)，均速搅拌60min，制得溶胶，悬浮液离心分离，用乙醇清洗离心三个连续的周期，然后老化生成凝胶，再进行500℃煅烧30min形成复合光催化剂。本专利技术还提供一种采用等离子体技术制备纳米金属/碳纳米管/TiO2催化剂的装置，包括等离子体电源、气瓶和等离子体反应器，所述等离子体反应器包括：相对设置的接地电极和高压电极，高压电极连接所述等离子体电源；以及设于接地电极和高压电极之间的石英玻璃反应器和石英玻璃板，所述石英玻璃反应器连接所述气瓶，所述的混合液及FTO置于所述石英玻璃反应器中。一种优选地，所述石英玻璃反应器设于接地电极上，所述石英玻璃板设于高压电极上。另一种优选地，所述石英玻璃反应器设于高压电极上，所述石英玻璃板设于接地电极上。优选地，还设有用于向石英玻璃反应器内喷射反应液的喷雾装置。反应过程中可通过喷雾装置在电极上部喷入步骤(1)中的反应溶液，形成喷雾状态，有利于反应液与等离子体放电充分进行。进一步优选地，所述喷雾装置包括：分布于石英玻璃反应器内的喷头；储存反应液的溶液箱和连接溶液箱与对应喷头的连接管。更进一步优选地，所述喷头分别设置在高压电极的两侧。优选地，所述接地电极和高压电极均为不锈钢电极。地极和高压电极采用导电良好的不锈钢材料，在高压端放置石英玻璃作为介质，地极上放置石英玻璃反应器，在高压与地极之间形成介质阻挡放电，同时，高压端与地极可形成互换模式，采用地极反应器模式可进行金属阳离子沉积改性，采用高压反应器模式可进行阴离子改性。在石英玻璃反应器里加入制备方法的步骤(1)中的反应溶液和步骤(2)中的FTO电极，使反应溶液没过FTO表面1-5mm，可在电极上部喷入方法步骤(1)中的反应溶液，形成喷雾状态，有利于反应液与等离子体放电充分进行，溶液上方开启气体进出口，可在溶液上方形成相应的N2、空气、Ar等气体氛围，实现等离子体放电改性。所述石英玻璃反应器为封闭式反应器。优选地，还包括安装架，所述安装架包括：底板，所述接地电极安装在该底板上；固定在底板上的支架，所述高压电极安装在该支架上。进一步优选地，所述支架上固定一块与所述底板相平行的安装板，所述高压电极贯穿该安装板并固定在安装板上，所述石英玻璃板设置在高压电极的底端。更进一步优选地，所述安装板上设有用于托起所述石英玻璃板的托起装置。更进一步优选地，所述托起装置包括固定在安装板上的至少两根竖向杆以及固定在每根竖向杆底部的托板，所述石英玻璃板置于托板上。进一步优选地，所述高压电机与石英玻璃板之间采用弹簧装置固定；石英玻璃反应器与接地电极之间也采用弹簧装置固定。本专利技术的有益效果是：采用等离子体技术实现金属纳米颗粒/碳纳米管定向性可控生长，制备具有高光电催化活性的纳米金属/碳纳米管/TiO2材料并系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用等离子体技术制备纳米金属/碳纳米管/TiO2催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属盐溶液与MWNTs混合并加入硫酸作为分散剂，超声混合得混合液；(2)将洁净的导电玻璃放入所得混合溶液中，并将混合液及导电玻璃置于等离子体介质阻挡放电反应器中，等离子体条件下沉积，在导电玻璃电极表面导向性生长纳米金属/MWNTs；(3)将TiO2在乙醇溶液中超声形成分散相，将分散样品浸涂到步骤(2)所得纳米金属/MWNTs生长的导电玻璃上，烘干制得纳米金属/碳纳米管/TiO2电极；或先将TiO2分散液浸涂在导电玻璃上再进行如步骤(2)所示的等离子体沉积。

【技术特征摘要】
1.一种采用等离子体技术制备纳米金属/碳纳米管/TiO2催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属盐溶液与MWNTs混合并加入硫酸作为分散剂，超声混合得混合液；(2)将洁净的导电玻璃放入所得混合溶液中，并将混合液及导电玻璃置于等离子体介质阻挡放电反应器中，等离子体条件下沉积，在导电玻璃电极表面导向性生长纳米金属/MWNTs；(3)将TiO2在乙醇溶液中超声形成分散相，将分散样品浸涂到步骤(2)所得纳米金属/MWNTs生长的导电玻璃上，烘干制得纳米金属/碳纳米管/TiO2电极；或先将TiO2分散液浸涂在导电玻璃上再进行如步骤(2)所示的等离子体沉积。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述金属盐溶液为HAuCl4·3H2O、PtCl2、PdCl2、AgNO3、CuCl2、Ni(NO3)2中的至少一种。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合液中金属盐溶液的浓度为1.0×10-4-1.0mol·L-1，MWNTs的浓度为0.1-1.0g·L-1，超声时间为25～35min。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，硫酸的加入量以50-200ml中加入1～5ml计。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轶，聂菊桃，袁晨晨，陶佳琦，张怡，丛燕青，王齐，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33