可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物及其制备方法，所述钨锰钙/介孔三氧化钨复合物中，包括介孔三氧化钨、锰钙氧化物。介孔三氧化钨具有较短电子迁移距离，岛状钨锰钙氧化物作为产氧活性中心位点，具有较低的氧析出电位，所以以该复合物制成的光阳极具有很高的光催化产氧活性。这种三元复合半导体催化剂与相应的单一组分催化剂相比，通过锰钙与氧化钨的复合克服了单一催化剂的缺陷，具有电荷分离效率高、析氧过电位小、催化活性和稳定性好等优点，是一种极具希望的制备光化学池光阳极的新型催化材料。

【技术实现步骤摘要】
可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物及其制备方法
本专利技术涉及一种三元复合催化剂，具体涉及一种可用于制备光催化分解水光化学池的光阳极材料催化剂及其制备方法。
技术介绍
氢气是一种清洁的能源，其热值高、环境友好、运输方便，燃烧产物是水，对环境不产生任何危害。地球上水储量丰富、容易获得、价格低廉。在太阳光照射下催化水分解产生氢气和氧气是一种理想的将太阳能转化为化学能的方法。具有工业化实用价值的光催化分解水的反应在光电化学池中进行。光电化学池分解水的反应包含光阴极水的还原反应和光阳极水的氧化反应两个半反应。光阳极上的水氧化反应过程是四电子反应，该半反应制约了整个反应的进行。因此，获得可以有效实现光催化水氧化产生氧气的光阳极催化剂尤为重要。现有氧化钨催化剂存在光吸收系数低、光生电子与空穴易复合、氧气在氧化钨上析出电位较高等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种介孔三氧化钨与层状锰钙氧化物复合在介孔三氧化钨表面形成了岛状钨锰钙三元复合物的制备方法；这种三元复合半导体催化剂与相应的单一组分催化剂相比，通过锰钙与氧化钨的复合克服了单一催化剂的缺陷，具有电荷分离效率高、析氧过电位小、催化活性和稳定性好等优点，是一种极具希望的制备光化学池光阳极的新型催化材料。本专利技术采用的技术方案是：一种可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物，包括活性成分I、活性成分II，其中活性成分I为介孔三氧化钨；活性成分II为层状锰钙氧化物，质量百分数为1.5～12%，优选为7～11%，可以充分发挥复合物的催化优势，得到高产量的产物。本专利技术公开的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物中，介孔三氧化钨具有较短电子迁移距离，岛状钨锰钙氧化物作为产氧活性中心位点，具有较低的氧析出电位，所以以该复合物制成的光阳极具有很高的光催化产氧活性。因此本专利技术还公开了所述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物在制备光阳极材料中的应用以及在作为光电化学池阳极催化剂的应用。上述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物的制备方法为，将锰钙氧化物与介孔三氧化钨混合研磨后分散于溶剂中，反应后离心分离；然后将离心固体干燥后在惰性气体中煅烧，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物。本专利技术中，以磷钨酸与介孔二氧化硅为原料制备所述介孔三氧化钨；以一水乙酸钙与四水乙酸锰为原料，在氢氧化钾、高锰酸钾下，制备所述锰钙氧化物；所述煅烧的条件为200~600℃下煅烧1~4h。进一步的，将磷钨酸与介孔二氧化硅在溶剂中混合后，离心处理，离心固体干燥后在400~600℃下煅烧3~6h，然后将煅烧后的固体分散到氢氟酸中，搅拌后离心分离，得到介孔三氧化钨；将一水乙酸钙与四水乙酸锰溶解在水中，然后加入KOH水溶液，再逐滴加入KMnO4水溶液，反应后离心分离，离心固体经去离子水洗涤数次，干燥真空，再在惰性气氛中于300~600℃下煅烧2~8h，得到锰钙氧化物。上述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物的制备方法具体包括如下步骤：（1）介孔三氧化钨的制备磁力搅拌下，向无水乙醇中加入磷钨酸和孔径为7-8nm的介孔氧化硅（KIT-6），搅拌1~3h后，离心，干燥，固体在400~600℃下煅烧3~6h，自然冷却至室温。再将得到的固体分散到氢氟酸中（1~5mol/L），室温搅拌6h后离心分离。固体经去离子水洗涤数次后，在150℃下干燥10h，得到介孔三氧化钨；产率约为80-90%。（2）锰钙氧化物的制备磁搅拌下，将一水乙酸钙与四水乙酸锰溶解在去离子水后缓慢加入KOH水溶液（1-10mol/L），得到棕色悬浮液，再逐滴加入KMnO4（0.02-0.1mol/L）水溶液，持续搅拌反应5~10h后，离心分离，固体经去离子水洗涤数次，干燥真空，再在氩气气氛的管式炉中于300~600℃下煅烧2~8h，得到锰钙氧化物；产率约为90-95%。（3）钨锰钙/介孔三氧化钨复合物催化剂的制备将介孔三氧化钨与锰钙氧化物放入加入到球磨罐中，在星型球磨机上于300~500rpm下室温研磨3-10h后，分散至去离子水中，超声反应5-20h。离心分离，固体经干燥真空后，在氩气气氛的管式炉中于200~600℃下煅烧1~4h，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物。产率约为90-98%。本专利技术还公开了一种光催化反应阳极及其制备方法，将锰钙氧化物与介孔三氧化钨混合研磨后分散于溶剂中，反应后离心分离；然后将离心固体干燥后在惰性气体中煅烧，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物；将钨锰钙/介孔三氧化钨复合物溶液涂覆在清洁的导电玻璃上，干燥后焙烧，得到光催化反应阳极。本专利技术中，以磷钨酸与介孔二氧化硅为原料制备所述介孔三氧化钨；以一水乙酸钙与四水乙酸锰为原料，在氢氧化钾、高锰酸钾作用下，制备所述锰钙氧化物；所述煅烧的条件为200~600℃下煅烧1~4h。进一步的，将磷钨酸与介孔二氧化硅在溶剂中混合后，离心处理，离心固体干燥后在400~600℃下煅烧3~6h，然后将煅烧后的固体分散到氢氟酸中，搅拌后离心分离，得到介孔三氧化钨；将一水乙酸钙与四水乙酸锰溶解在水中，然后加入KOH水溶液，再逐滴加入KMnO4水溶液，反应后离心分离，离心固体经去离子水洗涤数次，干燥真空，再在惰性气氛中于300~600℃下煅烧2~8h，得到锰钙氧化物。具体包括如下步骤：（1）介孔三氧化钨的制备磁力搅拌下，向无水乙醇中加入磷钨酸和孔径为7-8nm的介孔氧化硅（KIT-6），搅拌1~3h后，离心，干燥，固体在400~600℃下煅烧3~6h，自然冷却至室温。再将得到的固体分散到氢氟酸中（1~5mol/L），室温搅拌6h后离心分离。固体经去离子水洗涤数次后，在150℃下干燥10h，得到介孔三氧化钨；产率约为80-90%。（2）锰钙氧化物的制备磁搅拌下，将一水乙酸钙与四水乙酸锰溶解在去离子水后缓慢加入KOH水溶液（1-10mol/L），得到棕色悬浮液，再逐滴加入KMnO4（0.02-0.1mol/L）水溶液，持续搅拌反应5~10h后，离心分离，固体经去离子水洗涤数次，干燥真空，再在氩气气氛的管式炉中于300~600℃下煅烧2~8h，得到锰钙氧化物；产率约为90-95%。（3）钨锰钙/介孔三氧化钨复合物催化剂的制备将介孔三氧化钨与锰钙氧化物放入加入到球磨罐中，在星型球磨机上于300~500rpm下室温研磨3-10h后，分散至去离子水中，超声反应5-20h。离心分离，固体经干燥真空后，在氩气气氛的管式炉中于200~600℃下煅烧1~4h，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物。产率约为90-98%。（4）光催化反应阳极的制备将钨锰钙/介孔三氧化钨复合物溶液涂覆在清洁的导电玻璃上，干燥后焙烧，得到光催化反应阳极。本专利技术中，制备介孔三氧化钨时，磷钨酸与介孔二氧化硅的质量比为1∶0.8～2；制备锰钙氧化物时，一水乙酸钙与四水乙酸锰的质量比为1∶3～6。本专利技术公开的催化剂由介孔三氧化钨、层状锰钙氧化物复合物构成，具有高的光催化活性和稳定性；制备的介孔三氧化钨与层状的锰钙氧化物通过物理研磨、超声剥离沉积及高温煅烧后在介孔三氧化钨表面形成了岛状钨锰钙三元复合物，可作为制备光电化学池的光阳极催化材料，使用该复合材料制备的光阳极具有稳定性好、光响应范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物，包括介孔三氧化钨、锰钙氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物，包括介孔三氧化钨、锰钙氧化物。2.根据权利要求1所述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物，其特征在于，所述锰钙氧化物的质量分数为1.5～12%。3.权利要求1所述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物在制备光阳极材料中的应用或者在作为光电化学池阳极催化剂的应用。4.权利要求1所述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物的制备方法，其特征在于，将锰钙氧化物与介孔三氧化钨混合研磨后分散于溶剂中，反应后离心分离；然后将离心固体干燥后在惰性气体中煅烧，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物。5.一种光催化反应阳极的制备方法，其特征在于，将锰钙氧化物与介孔三氧化钨混合研磨后分散于溶剂中，反应后离心分离；然后将离心固体干燥后在惰性气体中煅烧，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物；将钨锰钙/介孔三氧化钨复合物溶液涂覆在清洁的导电玻璃上，干燥后焙烧，得到光催化反应阳极。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，李科珍，刘爱娟，杜玉扣，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32