单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其应用技术

单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其应用，本发明专利技术要解决现有TiO2光催化剂的光生电子和空穴容易复合，光催化活性较低的问题。制备方法：一、将TiO2粉体置于酸液中浸渍酸化处理；二、向Sr(OH)2溶液中加入酸化后的TiO2粉末，在碱性条件下进行水热反应，得到复合粉末；三、将SrTiO3/TiO2复合粉末超声分散于水中，加入氯金酸溶液，加入硼氢化钠溶液进行还原反应；四、煅烧处理。本发明专利技术通过控制Sr(OH)2溶液的浓度和反应时间，使TiO2颗粒表面部分复合SrTiO3，再负载单原子Au，提高了SrTiO3/TiO2复合光催化剂的光催化分解水析氢性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化剂材料领域，具体涉及一种SrTiO3/TiO2复合光催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]二氧化钛是一种重要的n型宽禁带半导体，二氧化钛由于具有较高的光催化活性、良好的亲水性、较好的热稳定性、无毒无二次污染等独特性质，使之成为近些年最有潜力的绿色光催化剂。然而二氧化钛光催化技术也存在着许多制约其应用的问题，其中最关键的问题有两个：一是二氧化钛经紫外光激发产生的光生电子和光生空穴极易复合，致使TiO2的量子效率和光催化活性较低；二是二氧化钛的带隙较宽(3.0～3.2eV)，只能利用太阳频谱范围不到5％的紫外部分。
[0003]光催化制氢反应是利用电子的还原性，光生电子与水或者氢离子反应，会生成氢气，但还有一部分光生电子和光生空穴在迁移至表面的过程中发生复合，放出热能。而在光催化降解水体有机污染物的反应中，利用光生空穴的强氧化性对水体有机污染物进行氧化，其可以表示为，光生空穴被催化剂表面吸附的H2O或OH
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离子俘获，再与其反应形成具有强氧化性的羟基自由基，羟基自由基有既可在水体环境中发生光催化反应，也可以游离态的形式存在，对污染物无选择性的优点，从而促进物质的氧化反应。在光催化反应过程中，光生电子和光生空穴的寿命是反应性能是否优异的关键因素。
[0004]现有研究有通过半导体光催化剂进行改性，如金属阴阳离子的掺杂、光催化剂的敏化、复合型光催化剂的设计，经改性后的新型半导体光催化剂不仅在可见光的吸收还使光生电子
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空穴分离方面都有明显改善。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决现有TiO2光催化剂的光生电子和空穴容易复合，光催化活性较低的问题，而提供一种单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂的制备方法及其应用。
[0006]本专利技术单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂的制备方法按照以下步骤实现：
[0007]一、将TiO2粉体置于酸液中浸渍酸化处理，得到酸化后的TiO2粉末；
[0008]二、将Sr(OH)2溶于水中，得到浓度为2～8mmol/L的Sr(OH)2溶液，向Sr(OH)2溶液中加入酸化后的TiO2粉末，加入NaOH溶液调节体系的pH＝10～12，在140℃～180℃的温度下水热反应，固相产物经酸洗、水洗、干燥后，得到SrTiO3/TiO2复合粉末；
[0009]三、将SrTiO3/TiO2复合粉末超声分散于水中，加入氯金酸溶液，搅拌后加入硼氢化钠溶液对金离子进行还原反应，继续超声分散，离心收集固相物，经水洗和干燥后得到Au负载SrTiO3/TiO2材料；
[0010]四、在管式炉中以300℃～600℃的温度对Au负载SrTiO3/TiO2材料进行煅烧处理，得到单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂材料。
[0011]本专利技术单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂的应用是将单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂应用于光催化分解水析氢。
[0012]本专利技术先对TiO2粉体进行酸化处理，通过酸化增加TiO2颗粒的活性位点以及表面的氧缺陷，同时还能在一定程度上增强TiO2颗粒的吸附能力，然后通过碱性的水热反应在TiO2颗粒表面复合SrTiO3，SrTiO3是一种具有钙钛矿结构的n型半导体，SrTiO3的禁带宽度与TiO2相近，SrTiO3和TiO2的复合界面形成异质结，光生电子和空穴能反向迁移到异质结的两侧，由于异质结特殊的能带结构和载流子输送特性抑制了光生载流子的复合，从而提高量子的光电性能。但是TiO2颗粒表面的SrTiO3的光催化性能不及TiO2材料，本专利技术又在SrTiO3/TiO2复合材料利用还原法负载单原子Au，Au原子作为电子俘获剂同时捕获SrTiO3和TiO2产生的光生电子，进一步提高电子和空穴的分离效率，SrTiO3/TiO2复合材料上的纳米Au的负载还会产生等离子共振效应，肖特基势垒驱动空穴转移到金属表面形成空穴势垒区，从而提高SrTiO3/TiO2复合材料的光催化性能。
[0013]本专利技术通过控制Sr(OH)2溶液的浓度和反应时间，使TiO2颗粒表面部分复合SrTiO3，同时暴露部分的TiO2颗粒。在TiO2颗粒和SrTiO3颗粒表面同时负载单原子Au，利用纳米Au的等离子共振效应，提高了SrTiO3/TiO2复合光催化剂的光催化分解水析氢性能。
附图说明
[0014]图1是实施例得到的单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂的XRD图。
具体实施方式
[0015]具体实施方式一：本实施方式单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂的制备方法按照以下步骤实施：
[0016]一、将TiO2粉体置于酸液中浸渍酸化处理，得到酸化后的TiO2粉末；
[0017]二、将Sr(OH)2溶于水中，得到浓度为2～8mmol/L的Sr(OH)2溶液，向Sr(OH)2溶液中加入酸化后的TiO2粉末，加入NaOH溶液调节体系的pH＝10～12，在140℃～180℃的温度下水热反应，固相产物经酸洗、水洗、干燥后，得到SrTiO3/TiO2复合粉末；
[0018]三、将SrTiO3/TiO2复合粉末超声分散于水中，加入氯金酸溶液，搅拌后加入硼氢化钠溶液对金离子进行还原反应，继续超声分散，离心收集固相物，经水洗和干燥后得到Au负载SrTiO3/TiO2材料；
[0019]四、在管式炉中以300℃～600℃的温度对Au负载SrTiO3/TiO2材料进行煅烧处理，得到单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂材料。
[0020]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的酸液为浓度为0.5～0.8mol/L的盐酸或者硫酸。
[0021]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中Sr(OH)2溶液的浓度为4～6mmol/L。
[0022]本实施方式控制Sr(OH)2溶液的浓度，控制TiO2表面SrTiO3复合的程度。
[0023]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中所述NaOH溶液的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L。
[0024]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中水热
反应时间为8～12h。
[0025]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中Sr(OH)2和TiO2的摩尔比为0.6～0.8:1。
[0026]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中还原反应时间为2～4h。
[0027]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三Au负载SrTiO3/TiO2材料中Au负载量为1～2.5wt％。
[0028]具体实施方式九：本实施方式与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：一、将TiO2粉体置于酸液中浸渍酸化处理，得到酸化后的TiO2粉末；二、将Sr(OH)2溶于水中，得到浓度为2～8mmol/L的Sr(OH)2溶液，向Sr(OH)2溶液中加入酸化后的TiO2粉末，加入NaOH溶液调节体系的pH＝10～12，在140℃～180℃的温度下水热反应，固相产物经酸洗、水洗、干燥后，得到SrTiO3/TiO2复合粉末；三、将SrTiO3/TiO2复合粉末超声分散于水中，加入氯金酸溶液，搅拌后加入硼氢化钠溶液对金离子进行还原反应，继续超声分散，离心收集固相物，经水洗和干燥后得到Au负载SrTiO3/TiO2材料；四、在管式炉中以300℃～600℃的温度对Au负载SrTiO3/TiO2材料进行煅烧处理，得到单原子Au负载SrTiO3/TiO2复合光催化剂材料。2.根据权利要求1所述的单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的酸液为浓度为0.5～0.8mol/L的盐酸或者硫酸。3.根据权利要求1所述的单原子Au负载钛酸锶/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于是步骤二中Sr(OH)2溶液的浓度为4～6m...

【专利技术属性】
技术研发人员：解伟誉，符琼月，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：