一种光电催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种光电催化材料及其制备方法和应用，光电催化材料为金纳米颗粒负载在氢化的二氧化钛纳米颗粒H

【技术实现步骤摘要】
一种光电催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种催化剂制备领域，特别是一种光电催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池(Fuel Cells)是一种非燃烧过程的电能转换装置，利用燃料气和氧气以电化学反应方式，将化学能连续不断地转换为电能，具有能量转化效率高，携带方便，环境友好，二氧化碳排放量少，无氮氧化物和硫化物尾气等优点。目前行业主流产品是利用氢气作为燃料，但氢是高压氢，在储运和存储上有很大的安全隐患。而直接醇类燃料电池(DAFC)燃料来源广泛、安全性能强，越来越受到关注。直接醇类燃料电池是将有机小分子醇类和氧气的化学能转化为电能的一种能量转化装置。直接醇类燃料电池的转换效率与燃料在阳极上电催化氧化反应效率息息相关。传统的阳极催化剂是Pt，但是它的电催化活性较低，而且还易被氧化的中间物毒化。
[0003]因此，引入光催化材料构建光电催化剂，电催化剂在一定电压作用下可以催化有机小分子发生电氧化反应，光催化剂可以吸收太阳光谱中的光子产生光生载流子，从而增强电催化反应，加速电化学反应动力学，促进电催化性能，实现光电协同催化，最终能有效提高燃料电池工作效率。
[0004]文献1：王彩琴.Au
‑
基复合材料的制备及其在醇类电催化氧化以及生物小分子检测中的应用:【博士论文】.苏州：苏州大学材料与化学化工学部,2016：提到一种Au
‑
TiO2纳米复合催化剂，但TiO2在空气中600摄氏度煅烧3小时得到，对乙醇氧化的催化活性较小。这与TiO2载体表面缺陷较少，导致其与Au的相互作用较弱，同时TiO2只对紫外光有响应，只在紫外光条件下表现出光催化性能。
[0005]文献2：中国专利CN 107115861 B.一种Au
‑
TiO2‑
x催化剂及其应用,2019.10.公开了一种Au
‑
TiO2‑
x催化剂包括载体和活性组分，载体由锐钛矿相TiO2纳米颗粒在500～600℃氢气氛围煅烧2～6h煅烧得到，该催化剂应用于水煤气变换反应，提高了氢气转化率，但没有给出在醇类氧化反应中的应用的启示。

技术实现思路

[0006]为了解决现有的光电催化材料Au
‑
TiO2在催化醇类氧化反应中的催化程度不高的问题，专利技术人预料不到的发现，将TiO2在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
15小时得到H
‑
TiO2，进而制得的产物具有很好的电化学性能，对醇类氧化的催化活性很高，解决了现有技术的问题，从而完成了本专利技术。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种光电催化材料，以及它的制备方法。本专利技术另一个目的在于提供本专利技术的光电催化材料在醇类氧化反应中的应用。
[0008]为实现本专利技术的目的，具体的技术解决方案如下：
[0009]一种光电催化材料，所述光电催化材料为Au纳米颗粒负载在氢化的二氧化钛纳米
颗粒H
‑
TiO2表面；所述H
‑
TiO2纳米颗粒在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
15小时得到。
[0010]一种光电催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]a.将二氧化钛纳米颗粒在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
10小时；
[0012]b.将步骤a中得到的产物在超纯水中分散均匀，加入氯金酸、甲醇溶液，用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至碱性，进行水热反应，最后洗涤、离心、干燥，得到所需产物。
[0013]优选的，步骤a中煅烧温度为900
‑
1100℃，煅烧时间为10
‑
15小时。更为优选的，步骤a中的煅烧温度为900℃，煅烧时间为10小时。
[0014]优选的，步骤b中，溶液pH值是9。
[0015]步骤a中二氧化钛纳米颗粒通常可由商业购买获得也可以自行制备，只要是纳米级的基本都可以用。优选的，自行制备的纳米二氧化钛颗粒，可以通过溶胶
‑
凝胶法制得：将钛的无机盐或钛醇盐，首先水解和缩聚得到溶胶，进一步缩聚成凝胶，然后干燥制得纳米二氧化钛产品。
[0016]更优选的，纳米二氧化钛的颗粒的制备方法为：
[0017](1)将钛酸异丙酯分散到无水乙醇中，钛酸异丙酯与无水乙醇质量比为3：8，静置后，水洗、醇洗后烘干，得到前驱体TiO2；
[0018](2)将前驱体TiO2在550℃空气氛围下煅烧，得到原始TiO2。
[0019]本专利技术所提供的光电催化材料在催化醇类氧化反应中的应用，特别是在小分子醇类氧化反应中的应用。
[0020]优选的小分子醇类为乙醇、甲醇、异丙醇。
[0021]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0022]1、本专利技术提供的光电催化材料将TiO2纳米颗粒在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
15小时，从而使得H
‑
TiO2中具有丰富的Ti
3+
、氧空位等缺陷位，使H
‑
TiO2的带隙变窄，进而H
‑
TiO2的光吸收范围得到拓展，由紫外光区拓展到可见光区，因此可被太阳光中的紫外光和可见光光子同时激发产生光生电子和空穴，一方面Au与H
‑
TiO2接触面上会形成肖特基势垒，该势垒可作为电子阱，有效捕获光生电子，另一方面缺陷位的存在有利于提高电荷传输效率，抑制光生电子
‑
空穴对的复合，提高电子和空穴的分离效率，从而延长H
‑
TiO2表面的空穴寿命，分离后的空穴进一步参与乙醇氧化反应，最终使得光电催化效率提高；
[0023]2、本专利技术提供的光电催化材料由于Au具有抗腐蚀性，不易被醇类电氧化反应过程中产生的中间产物所毒化，从而使得本专利技术的光电催化材料具有较好的抗毒化能力。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1的扫描电子显微镜图1a和透射电子显微镜图1b。
[0025]图2是本专利技术的实施例1、对比例1的X射线衍射图。
[0026]图3是本专利技术的实施例1
‑
4的X射线衍射图。
[0027]图4是本专利技术的实施例1、实施例5
‑
6的X射线衍射图。
[0028]图5是本专利技术的实施例1、对比例1在不同光照下的漫反射光谱图。
[0029]图6是本专利技术的实施例1、对比例1电子自旋共振测定图；
[0030]其中图6a为实施例1、对比例1在有/无光照下的电子自旋共振测定图；图6b为实施例1分别在有/无光照下的电子自旋共振测定图。
[0031]图7是本专利技术实施例1、对比例1在无光、太阳光、可见光条件下的循环伏安曲线图；
[0032]其中图7a是在无光条件下循环伏安曲线图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电催化材料，其特征在于：光电催化材料为金纳米颗粒负载在氢化的二氧化钛纳米颗粒H
‑
TiO2表面；H
‑
TiO2在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
15小时得到。2.根据权利要求1所述的光电催化材料，其特征在于：H
‑
TiO2在900℃氢气氛围下煅烧10小时得到。3.一种光电催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.将二氧化钛纳米颗粒在500℃
‑
1100℃氢气氛围下煅烧5
‑
15小时；b.将步骤a中得到的产物在超纯水中分散均匀，加入氯金酸、甲醇溶液，用氢氧化钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彩琴，钱程，肖卫平，杨小飞，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：