一种双金属光热催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光热催化剂的制备方法。采用光致Ti

Preparation method of bimetallic photothermal catalyst

The invention discloses a preparation method of a photothermal catalyst. Light induced Ti

【技术实现步骤摘要】
一种双金属光热催化剂的制备方法
本专利技术涉及太阳能及其应用，特别涉及一种双金属光热催化剂的制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种常见的多功能无机非金属材料，其广泛应用在工业和人们日常生活的各个领域，目前已有多项研究报道展示出TiO2半导体在光催化选择性氧化过程中的应用潜力。然而，二氧化钛光催化技术仍然存在着一些关键的科学问题，如光吸收范围窄，量子效率偏低等问题，阻碍了二氧化钛材料作为光催化剂在工业上的应用和发展。贵金属(特别是金、银等纳米颗粒)在可见区域有较强的吸收,具有非常强的表面局域等离子体基元振荡，等离子体基元振荡在驰豫时也伴随着热电子的产生，因此，利用金属纳米颗粒产生的表面等离子体共振效应(SPR)可以在可见光的照射下调控化学转化。目前纳米合成技术的快速发展，使金属纳米颗粒的尺寸、形貌均可获得有效调控，使得金属表面的等离子体基元振荡引发的热电子过程，在光催化反应过程中的大放异彩，通过设计与构筑良好的金属/半导体界面，可为光催化剂的热电子调控过程提供了无限的可能。目前，光催化技术的发展主要在实验室研究阶段，效率较低。而传统热催化主要依靠电能供热，能耗巨大。因此，通过在半导体材料上沉积金属纳米颗粒，从而利用金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应吸收可见光波段的太阳能而产生的局域热场，使光催化剂上的金属纳米颗粒产生热催化效应，在不消耗电能等其他输入能源的情况下，大幅度提升催化效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种制备双金属光热催化剂的方法，进而实现利用光热催化剂在太阳光条件下高效选择性氧化芳香醇制取芳香醛，解决现有光催化选择性氧化技术中反应效率低等问题。本专利技术的技术方案是：双金属光热催化剂由具有光催化活性的半导体材料（载体材料）和具有SPR效应的金属纳米颗粒（Au、Ag）和VIII族过渡金属纳米颗粒组成（Pt、Pd、Ru、Ir、Rh），其中载体材料为纳米TiO2（锐钛相）、纳米TiO2（金红石相）、纳米TiO2（德固赛P25）。所述双金属光热催化剂的制备方法采用光致Ti3+原位辅助还原法，包括以下步骤：（1）将载体材料样品分散到装有10%甲醇溶液中，并超声处理使混合液分散均匀，记为混合液A；（2）在混合液中充入氩气，随后对该容器进行密封处理；（3）在搅拌状态下，采用高压汞灯对密封容器进行照射后，Ti4+转变为Ti3+，混合液A由原先白色转变为深蓝色；（4）接下来按照负载纳米颗粒的质量百分比（0.5%-2%），将I和II两种金属纳米颗粒的前驱体溶液（包括硝酸盐、氯化物等）分别添加至光照处理后的混合液A中，记为混合液B；（5）将混合液B在黑暗条件下搅拌，直至混合液颜色不再改变；（6）将沉淀物滤出，并在去离子水和无水乙醇中清洗遍，置于烘箱内烘干。利用太阳光作为催化氧化过程提供光能，使TiO2载体可吸收紫外光诱发光催化反应，另一方面又可利用贵金属纳米颗粒吸收可见光波段产生表面等离子体共振效应，提升金属表面温度，诱发热催化反应，最终大幅度提升反应速率。本专利技术的有益效果体现在以下两个方面：1.采用光致Ti3+原位辅助还原法负载双金属纳米颗粒，具有一定的通用性且不需要使用还原剂。由于该负载利用TiO2表面均匀分布的Ti3+来还原贵金属阳离子，所以贵金属纳米颗粒能够与TiO2载体形成更好的接触。2.针对可见光光催化技术反应速率慢的缺陷，利用SPR效应以及带间跃迁对太阳光谱的全谱吸收而产生的局域热场，使光催化剂上的金属纳米颗粒产生热催化效应，在不消耗电能等其他输入能源的情况下，大幅度提升催化效率。附图说明图1Au/Pt/TiO2光热催化剂的透射电镜照片。图2Au/Pt/TiO2光热催化剂的扫描电镜照片。图3Au/Pt/TiO2光热催化剂的紫外-可见吸收光谱。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细说明。实施例1将1g纳米TiO2（锐钛相）分散到装有40mL甲醇(10%)溶液的耐热玻璃杯中，超声处理10分钟后，在混合液中充入高纯氩气15分钟，确保容器内无溶解氧，随后对该容器进行密封处理。在搅拌状态下，采用300W的高压汞灯对密封容器进行照射2小时后，混合液颜色由白色转变深蓝色（Ti4+转变为Ti3+）。随后在其中添加金属纳米颗粒的前驱体（氯金酸溶液和氯铂酸溶液），并在黑暗条件下搅拌1小时，并在黑暗条件下搅拌直至混合液颜色不再改变。随后，将沉淀物滤出，并在去离子水和无水乙醇中清洗三遍，置于80oC烘箱内烘干12小时，最后在马弗炉中将合成的催化剂以350oC煅烧5小时，获得Au/Pt/TiO2光热催化剂。Au/Pt/TiO2光热催化剂的透射电镜和扫描电镜照片如图1、图2所示，紫外-可见吸收光谱如图3所示。使用北京欣维尔玻璃仪器有限公司生产的P160006厚壁耐压瓶(15mL)，将50mg合成的光热催化剂与50μmol的苯甲醇加入到5mL的三氟甲苯溶剂中，充入纯度为99.99%的氧气5min，并用聚四氟乙烯螺纹盖密封反应容器。将反应器超声处理3分钟使催化剂与反应底物充分接触。将处理好的反应器置于搅拌器上，利用汇聚太阳光（采用模拟太阳光，光强为AM1.5的15倍）照射反应器4小时。Au/Pt/TiO2光热催化剂可以提升催化氧化苯甲醇的反应效率，产率是TiO2的19倍。实施例2以Au/Pt/TiO2为例，将50mg合成的光催化剂与50μmol的不同的芳香醇底物（苯甲醇、α-苯乙醇、4-甲基苯甲醇、4-甲氧基苯甲醇、4-氯基苯甲醇、萘甲醇、二苯甲醇）加入到5mL的甲苯溶剂中，充入纯度为99.99%的氧气5min，并用聚四氟乙烯螺纹盖密封反应容器。将反应器超声处理3分钟使催化剂与反应底物充分接触。将处理好的反应器置于搅拌器上，利用汇聚太阳光（采用模拟太阳光，光强为AM1.5的15倍）照射反应器4小时。根据检测结果，Au/Pt/TiO2光催化剂对不同芳香醇底物选择性氧化反应的转化速率和选择性列于表1。表1以Au/Pt/TiO2为催化剂光催化选择性氧化芳香醇实验结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双金属光热催化剂的制备方法，其特征在于，提供一种制备双金属光热催化剂的方法，进而实现利用太阳光高效选择性氧化芳香醇制取芳香醛（酮）。

【技术特征摘要】
1.一种双金属光热催化剂的制备方法，其特征在于，提供一种制备双金属光热催化剂的方法，进而实现利用太阳光高效选择性氧化芳香醇制取芳香醛（酮）。2.根据权利要求1所述一种双金属光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述的光催化剂由具有光催化活性的半导体材料和双种金属纳米颗粒组成。3.根据权利要求2所述一种利用太阳光氧化芳香醇制取芳香醛的方法，其特征在于，所述半导体材料为纳米TiO2（锐钛相）、纳米TiO2（金红石相）、纳米TiO2（德固赛P25）。4.根据权利要求2所述一种利用太阳光氧化芳香醇制取芳香醛的方法，其特征在于，所述负载的两种金属纳米颗粒是由具有表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒I（Au、Ag）和VIII族过渡金属纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昱，贺克斌，李维尊，黄磊，汤瑶，鞠美庭，
申请(专利权)人：奥为天津环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12