一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的单原子铑催化剂为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1‑

【技术实现步骤摘要】
一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂


技术介绍

[0002]催化剂在工业生产中扮演着不可或缺的作用，为了获得更高的化学转化效率，研发更高效的催化剂一直是材料、化学领域的重点。近年来，单原子催化剂的相关研究受到了广泛关注。由于单原子催化剂具有独特的电子结构，更高的金属原子利用率以及更高效的传质通道，其表现出优异的催化活性以及具有选择性的催化活性位点。因此，单原子催化剂的优异性质使其被广泛应用于光催化产氢、热催化、污染物降解以及二氧化碳还原等领域。
[0003]单原子催化剂又分为负载型单原子催化剂和掺杂型单原子催化剂。与负载型单原子催化剂相比，掺杂型单原子助催化剂不但能改变催化剂表面的电子结构，还可以调控体相的电子结构，更有利于化学反应的发生。例如，在光催化材料中，选择合适的掺杂剂可以提高光催化剂对太阳能光谱的利用率从而提高光催化性能。
[0004]迄今为止，二氧化钛由于其化学性质稳定、价格便宜、催化性能优异等优点，在催化领域的研究最为广泛深入，在光催化、热催化等领域中展现出优越的性能。为了进一步提高二氧化钛的催化性能，单原子掺杂二氧化钛被进一步研究。目前报道的单原子掺杂二氧化钛催化剂的合成方法主要为溶胶凝胶法，质子交换法。此类方法合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料成本较高，限制了在工业生产方面的推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：现有的单原子掺杂二氧化钛催化剂存在合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料，成本较高从而限制了其在工业生产方面的推广等问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单原子铑催化剂，为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1‑
x
Rh
x
O2，其中，0.001≤x≤0.1。
[0007]优选地，所述x的取值范围为：0.002≤x≤0.05。
[0008]本专利技术还提供了上述的单原子铑催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；
[0010]步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂。
[0011]优选地，所述步骤1中的含铑化合物为氯化铑、硫酸铑、硝酸铑、磷酸铑、醋酸铑、氯铑酸盐、氧化铑、碘化铑、锌酸铑、三苯基膦氢化铑和羰基合铑中的至少一种。
[0012]优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为固相研磨法。
[0013]优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为先在水热条件下搅拌混合后再固相研磨混合。
[0014]优选地，所述步骤2中煅烧的温度为600～1000℃，时间为6～10h。
[0015]本专利技术还提供了上述的单原子铑催化剂在催化反应中的应用。
[0016]优选地，包括在光催化分解水制氢、催化还原二氧化碳和污染物的催化降解中的应用。
[0017]优选地，所述的光催化分解水制氢的应用是在L
‑
抗坏血酸作为空穴牺牲试剂、以Pt作为助催化剂的条件下进行的。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0019]1.本专利技术提供的单原子铑催化剂的制备方法具有工艺简单、生产设备要求低、可大规模生产的特点，并且得到的产物具有化学性质和物理结构稳定以及催化性能优异等优点，具有良好的大规模应用的前景；
[0020]2.本专利技术的单原子铑催化剂催化剂可应用于光催化分解水制氢、二氧化碳还原、热催化、污染物降解等催化领域。
附图说明
[0021]图1为实施例1
‑
6的X射线衍射图谱；
[0022]图2为实施例1
‑
6的紫外可见漫反射光谱图；
[0023]图3为实施例7
‑
12的X射线衍射图谱；
[0024]图4为实施例7
‑
12的紫外可见漫反射光谱图；
[0025]图5为实施例13
‑
18的X射线衍射图谱；
[0026]图6为实施例13
‑
18的紫外可见漫反射光谱图；
[0027]图7a、b、c、d分别为实施例1、实施例2、实施例4、实施例7的球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜图像；
[0028]图8为实施例1
‑
18以及对比实施例的催化剂在可见光照射下的光催化产氢活性图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0030]以下实施例中所用到的金红石型二氧化钛可以为购买的商品化产品，也可以为实验室合成的样品，颗粒尺寸优先100nm以下。
[0031]实施例1
[0032]一种单原子铑催化剂的制备方法：
[0033]称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，4.12mg RhCl3·
3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑Ti
0.9975
Rh
0.0025
O2催化剂。
[0034]Ti
0.9975
Rh
0.0025
O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV
‑
Vis DRS)见图2。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜 (AC
‑
HAADF
‑
STEM)图像见图7a。由图1可见，Ti
0.9975
Rh
0.0025
O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21
‑
1276)对应，没有用看到 Rh物种的相关衍射峰。由图2可得Ti
0.9975
Rh
0.0025
O2/
700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。在图7a中可看到Ti
0.9975
Rh
0.0025
O2/700℃催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中。
[0035]实施例2
[0036]一种单原子铑催化剂的制备方法：
[0037]称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，8.28mg RhCl3·
3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单原子铑催化剂，其特征在于，为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1‑
x
Rh
x
O2，其中，0.001≤x≤0.1。2.如权利要求1所述的单原子铑催化剂，其特征在于，所述x的取值范围为：0.002≤x≤0.05。3.权利要求1或2所述的单原子铑催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂。4.如权利要求3所述的单原子铑催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的含铑化合物为氯化铑、硫酸铑、硝酸铑、磷酸铑、醋酸铑、氯铑酸盐、氧化铑、碘化铑、锌酸铑、三苯基膦氢化铑和羰基合铑中的至少一种。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：马贵军，王佳明，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：