一种双层核壳结构钯催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光催化技术领域，具体涉及一种双层核壳结构钯催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。本发明专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂用于水催化分解时，反应6h产氢量≥2.641mmol.g

【技术实现步骤摘要】
一种双层核壳结构钯催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种双层核壳结构钯催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
在众多的半导体光催化材料中，二氧化钛(TiO2)由于具有较大的比表面积、较强的光催化能力和化学惰性、制备生产成本低、长期稳定等多项优点，而受到科研工作者的广泛关注。自1972年，Fujishima和Honda研究发现水在二氧化钛电极上能被催化分解以来，一系列关于二氧化钛催化分解水的实验被报道。但目前已报道的二氧化钛催化分解水的实验结果并不理想，主要体现在二氧化钛催化分解水的效率较低，仅为397μmol.h-1，极大的限制了二氧化钛在水催化分解领域的应用(ChengP.,YangZ.,WangH.,etal.TiO2-graphenenanocompositesforphotocatalytichydrogenproductionfromsplittingwater[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2012,37(3):2224-2230)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双层核壳结构钯催化剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂具有较高的催化效率，适用于水催化分解。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。优选的，所述二氧化硅微球的直径为100～150nm，所述二氧化钛层的厚度为45～50nm，所述氧化石墨烯层的厚度为3～5nm。优选的，所述Pd在氧化石墨烯中的负载量为0.01～0.05wt.％；所述Pd的粒径为3～5nm。本专利技术提供了上述技术方案所述双层核壳结构钯催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将二氧化硅微球分散液的pH值调节至碱性，得到碱性核体分散液；(2)向所述碱性核体分散液中滴加有机钛源溶液，水解反应后得到单层核壳结构载体；(3)向单层核壳结构载体的水分散液中滴加氧化石墨烯水分散液，进行包覆反应，得到双层核壳结构载体；(4)将所述双层核壳结构载体浸渍到钯盐水溶液中，进行Pd负载，得到双层核壳结构钯催化剂；所述钯盐水溶液包括钯盐、还原剂和聚乙烯醇。优选的，所述步骤(1)中二氧化硅微球分散液中二氧化硅的浓度为0.04～0.06g/100mL；所述碱性核体分散液的pH值为8～9。优选的，所述步骤(2)中有机钛源溶液中的有机钛源包括钛酸正四丁酯；所述有机钛源溶液中，钛酸正四丁酯的体积分数为3～4％；所述有机钛源溶液的滴加速度为0.4～0.6mL/min。优选的，所述步骤(3)单层核壳结构载体的水分散液的浓度为0.2～0.3g/100mL；所述氧化石墨烯水分散液的浓度为4～6mg/mL；所述单层核壳结构载体的水分散液与氧化石墨烯水分散液的体积比为100：(15～30)。优选的，所述步骤(3)滴加氧化石墨烯水分散液前，对单层核壳结构载体进行氨基修饰；所述氨基修饰用试剂包括氨基硅烷；然后向氨基修饰的单层核壳结构载体的水分散液中滴加氧化石墨烯水分散液，进行包覆反应；再对包覆反应所得固相进行洗涤，得到双层结构核壳结构载体。优选的，所述步骤(4)的还原剂包括硼氢化钠。本专利技术另提供了上述技术方案所述双层核壳结构钯催化剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的双层核壳结构钯催化剂在水催化分解中的应用。本专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。本专利技术以二氧化硅微球为核体，以二氧化钛和氧化石墨烯为壳层，形成二氧化钛层和氧化石墨烯层双层包覆的核壳结构，其中二氧化钛层与氧化石墨烯层通过化学键键合，促使电荷由二氧化钛向氧化石墨烯转移，改善电子转移速率，抑制电子-空穴复合以提高光催化效率；此外，本专利技术还利用氧化石墨烯层比表面积较大以及负载活性组分Pd的颗粒较小的结构特点，进一步提高催化剂的催化活性。实施例结果表明，本专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂用于水催化分解时，反应6h产氢量≥2.641mmol.g-1。附图说明图1为实施例1所得二氧化硅微球的扫描电镜图；图2为实施例1和2所得双层核壳结构钯催化剂的X射线粉末衍射图；图3为实施例1所得双层核壳结构钯催化剂的扫描电镜图；图4为实施例1所得双层核壳结构钯催化剂的透射电镜图；图5为实施例2所得双层核壳结构钯催化剂的扫描电镜图；图6为实施例2所得双层核壳结构钯催化剂的透射电镜图；图7为实施例2所得双层核壳结构钯催化剂的EDX图；图8为实施例1和2所得双层核壳结构钯催化剂的氮气吸附-脱附等温曲线图；图9为实施例1和2所得双层核壳结构钯催化剂的孔径分布曲线图；图10为实施例1和2所得双层核壳结构钯催化剂光解水产氢量对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。本专利技术提供的双层核壳结构钯催化剂包括核体，所述核体包括二氧化硅微球，所述二氧化硅微球的直径优选为100～150nm，进一步优选为110～140nm，更优选为120～130nm；所述二氧化硅微球的比表面积优选为27～30m2·g-1，进一步优选为28～29m2·g-1；所述二氧化硅微球的孔径优选为23～26nm，进一步优选为24～25nm。在本专利技术中，所述二氧化硅微球优选采用方法制备得到，所述制备方法优选包括以下步骤：将乙醇、水和氨水混合，得到混合溶剂；向所述混合溶剂中滴加液相有机硅源，水解反应后，将反应后物料依次进行固液分离、洗涤和干燥，得到二氧化硅微球。本专利技术优选将乙醇、水和氨水混合，得到混合溶剂。本专利技术优选利用氨水促进液相有机硅源的水解。本专利技术优选将乙醇和水配合使用，以促进液相有机硅源在混合溶剂中的溶解度，并为得到孔径合适的二氧化硅微球提供基础。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述乙醇、水和氨水的体积比优选为(35～40)：(60～70):1。在本专利技术中，所述氨水的质量浓度优选为25～28％，进一步优选为26～27％。以所述氨水的1体积份为基准，所述乙醇进一步优选为36～38份，所述水进一步优选为62～69份，更优选为63～68.5份。本专利技术对所述乙醇、水和氨水的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式即可。得到混合溶剂后，本专利技术优选向所述混合溶剂中滴加液相有机硅源，进行液相有机硅源水解反应，再将反应后物料依次进行固液分离、洗涤和干燥，得到二氧化硅微球。在本专利技术中，所述液相有机硅源优选包括正硅酸四乙酯(TEOS)，所述液相有机硅源与混合溶剂的体积比优选为1:28～35，进一步优选为1:29～32。本专利技术优选将所述液相有机硅源滴加至混合溶剂中，控制液相有机硅源的水解速度，以得到单分散相的二氧化硅微球。在本专利技术中，所述液相有机硅源的滴加速度优选为0.4～0.6mL/min，进一步优选为0.45～0.55mL/min。滴加液相有机硅源后，所述液相有机硅源在混合溶剂中水解，生成二氧化硅微球。在本专利技术中，所述液相有机硅源水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。

【技术特征摘要】
1.一种双层核壳结构钯催化剂，包括核体和壳层，所述核体包括二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层；所述氧化石墨烯层负载有Pd。2.如权利要求1所述的双层核壳结构钯催化剂，其特征在于，所述二氧化硅微球的直径为100～150nm，所述二氧化钛层的厚度为45～50nm，所述氧化石墨烯层的厚度为3～5nm。3.如权利要求1所述的双层核壳结构钯催化剂，其特征在于，所述Pd在氧化石墨烯中的负载量为0.01～0.05wt.％；所述Pd的粒径为3～5nm。4.权利要求1～3任一项所述双层核壳结构钯催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将二氧化硅微球分散液的pH值调节至碱性，得到碱性核体分散液；(2)向所述碱性核体分散液中滴加有机钛源溶液，水解反应后得到单层核壳结构载体；(3)向单层核壳结构载体的水分散液中滴加氧化石墨烯水分散液，进行包覆反应，得到双层核壳结构载体；(4)将所述双层核壳结构载体浸渍到钯盐水溶液中，进行Pd负载，得到双层核壳结构钯催化剂；所述钯盐水溶液包括钯盐、还原剂和聚乙烯醇。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化硅微球分散液中二氧化硅微球的浓度为0.04～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张雁冰，刘宝仓，李常艳，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15