一种多重结TiO制造技术

本发明专利技术公开了一种多重结TiO

A multi junction TiO 2

【技术实现步骤摘要】
一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂及其制备方法
本专利技术属于金属氧化物功能材料的制备领域，特别涉及一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着全球对环境保护的日益增强和能源需求的持续增长，发展可持续、清洁而低成本的能源是当前环境能源领域的重大主题之一。利用金属氧化物半导体材料实现太阳能-化学能的高效转化，是一种极具潜力的高效光催化技术。其中，TiO2作为一种光催化剂，由于其价格低廉、环境友好和化学稳定性，被广泛应用于光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢、光催化还原CO2和光伏器件等领域。然而，由于TiO2的禁带宽度较大，例如，锐钛矿相TiO2的禁带宽度为3.2eV，其光解水体系仅在紫外光区域稳定有效，因而对于太阳辐射的总能量利用率较低。此外，TiO2中的光生载流子分离效率较低，易于复合，也限制了其实际应用。在晶体TiO2中引入无序层是一种扩宽其光谱响应范围的有效策略。Chen等人通过在高压H2气氛中热处理TiO2，获得了一种黑色的TiO2，使其具有独特的晶体核/无序壳结构，有效增强了其光吸收性能。氢化能够有效提高TiO2对太阳能的利用率，但其对于载流子分离效率的促进有限。利用TiO2和其它半导体材料形成的异质结可以引入内建电场，从而使载流子的传输具有定向性，实现电子-空穴对的分离，提高光催化活性。然而，这种方法对于半导体材料的能带结构和能带匹配要求较高，且单一异质结的内建电场对于载流子的驱动力较小，电子-空穴对的分离效率仍不够高。因此，同时实现TiO2对太阳能的高利用率和有效的载流子空间分离仍是一个极大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂的制备方法，步骤如下：1）通过光沉积铂，实现铂对TiO2纳米晶的部分晶面保护，并在铂和晶体TiO2界面处形成肖特基结；2）通过氢化在未保护部分晶面处引入无序层，形成晶体TiO2和无序层处的n-n+结；3）通过光还原，在银和无序层界面处形成欧姆接触，获得多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。以催化剂的质量为100%计，铂的质量分数为0.5-2%。以催化剂的质量为100%计，银的质量分数为0.25-1%。所述的制备方法，步骤如下：1）将锐钛矿相TiO2粉末加入到氯铂酸溶液中，在紫外光照下室温搅拌30min，经离心分离、干燥后，得到Pt-TiO2；2）将步骤1）得到的Pt-TiO2放置在管式炉中，通入氢气，以5℃/min的升温速率升温至500℃，并保温4h，然后快速冷却到室温，得到Pt-TiO2-H；3）将步骤2）得到的Pt-TiO2-H加入到硝酸银溶液中，在可见光照下室温搅拌30min，经离心分离、干燥后，得到Pt-TiO2-H-Ag，即为多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。所述的制备方法，在步骤1）中，所述锐钛矿相TiO2粉末质量为0.1g，氯铂酸溶液浓度为0.25mM，体积为10mL至40mL，相应的Pt的质量分数为0.5%至2%；在步骤2）中，氢气的气体流量为25mL/min；在步骤3）中，所述Pt-TiO2-H粉末质量为0.1g，硝酸银溶液浓度为0.93mM，体积为2.5mL至10mL，相应的Ag的质量分数为0.25%至1%。一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂，是由肖特基结、n-n+结和欧姆接触构成的TiO2纳米颗粒。所述的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂，通过光沉积在铂和晶体TiO2界面处形成肖特基结，以质量百分数计，铂的含量为0.5-2%；在晶体TiO2和无序层界面处形成n-n+结，无序层是在氢气气氛中热处理获得的；通过光还原在银和无序层界面处形成欧姆接触，以质量百分数计，银的含量为0.25-1%。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）首次采用光沉积-氢化-光还原的方法，通过控制氯铂酸溶液和硝酸银溶液的浓度，制备了多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。（2）无序层会在TiO2中引入带间能级，从而窄化其禁带宽度，促进光吸收性能，提高材料对太阳能的利用率。多重结使TiO2内部的内建电场连续，从而有效促进载流子的空间分离，提高光催化性能。该方法制备出的光催化剂，具有优异的光催化活性。附图说明图1为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂（Pt-TiO2-H-Ag）的制备过程示意图。图2为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂的高分辨透射电镜照片。图3为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂与改性前的锐钛矿相TiO2的紫外-可见吸收光谱。图4为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂与改性前的锐钛矿相TiO2的表面光电压谱。图5为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂与改性前的锐钛矿相TiO2的光致发光谱。图6为本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂与改性前的锐钛矿相TiO2的瞬态光电流响应测试。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的阐述。同样应理解，以下是结合实施例对本专利技术作出的详细说明，但是本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何在本专利技术的教导和启示下所作的改变、替换、组合简化等都包含在本专利技术的保护范围之内。以下示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明在合适的范围内选择，而并非要限定于以下示例的具体数值。如图1所示，本专利技术提供的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂的制备过程示意图。通过光沉积铂，实现铂对TiO2纳米晶的晶面保护，并在铂和晶体TiO2界面处形成肖特基结。通过氢化在未保护晶面处引入无序层，形成晶体TiO2和无序层处的n-n+结。通过光还原，在银和无序层界面处形成欧姆接触。最终获得多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。实施例1多重结TiO2纳米异质结构光催化剂的制备步骤如下：（1）：将0.1g锐钛矿相TiO2粉末加入到10mL氯铂酸溶液中，氯铂酸溶液的浓度为0.25mM。在紫外光照下室温搅拌30min，经离心分离、干燥后，得到Pt-TiO2；（2）：将步骤（1）得到的Pt-TiO2放置在管式炉中，通入氢气，保持气体流量为25mL/min。以5℃/min的升温速率升温至500℃，并保温4h，然后快速冷却到室温，得到Pt-TiO2-H；（3）：称取0.1g步骤（2）得到的Pt-TiO2-H粉末，加入到2.5mL硝酸银溶液中，硝酸银溶液浓度为0.93mM。在可见光照下室温搅拌30min，经离心分离、干燥后，得到Pt-TiO2-H-Ag，即为多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。本实施例制备的多重结TiO2纳米异质结构光催化剂中Pt的质量分数为0.5%，Ag的质量分数为0.25%，在太阳光全谱和可见光光催化下的氢气产率分别为17002.1μmol/h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多重结TiO

【技术特征摘要】
1.一种多重结TiO2纳米异质结构光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：1）通过光沉积铂，实现铂对TiO2纳米晶的部分晶面保护，并在铂和晶体TiO2界面处形成肖特基结；
2）通过氢化在未保护部分晶面处引入无序层，形成晶体TiO2和无序层处的n-n+结；
3）通过光还原，在银和无序层界面处形成欧姆接触，获得多重结TiO2纳米异质结构光催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以催化剂的质量为100%计，铂的质量分数为0.5-2%。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以催化剂的质量为100%计，银的质量分数为0.25-1%。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）将锐钛矿相TiO2粉末加入到氯铂酸溶液中，在紫外光照下室温搅拌30min，经离心分离、干燥后，得到Pt-TiO2；
2）将步骤1）得到的Pt-TiO2放置在管式炉中，通入氢气，以5℃/min的升温速率升温至500℃，并保温4h，然后快速冷却到室温，得到Pt-TiO2-H；
3）将步骤2）得到的Pt-TiO2-H加入到硝酸银溶液中，在可见光照...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智宇，于思琦，钱国栋，樊先平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33