一种双功能钙钛矿氧化物催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了本发明专利技术专利公开了一种双功能钙钛矿氧化物催化剂、制备方法及其应用，通过在锶钛基钙钛矿氧化物中掺入少量的铂元素，使得母体钙钛矿氧化物的电催化和光催化产氢性能均有数倍的提升，与传统的复合型双功能电催化光催化产氢催化剂不同，本发明专利技术中制备的催化剂为单相催化剂，且合成方法简单，易于大规模使用和扩大研究，对解决当前化石燃料过度使用引起的能源短缺和环境污染问题提供了新的思路。思路。思路。

A bifunctional perovskite oxide catalyst, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种双功能钙钛矿氧化物催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种双功能钙钛矿氧化物催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]化石燃料的过度使用引起的能源短缺和环境污染等问题逐渐引起了全世界对于新型能源体系的关注。氢能在所有的能源载体中具有最高的质量能量密度，因此被认为是最具使用前景的能量载体。通过可再生能源发电驱动的电化学产氢（e
‑
HER）和太阳能驱动的光化学产氢（e
‑
HER）被认为是未来解决能源供应和环境污染的方法。无论是对于电催化还是光催化产氢来说，提升其产氢的效率的关键还是在于高性能催化剂的开发。同时我们还设想，如果单一的催化剂可以同时用于电化学产氢和光化学产氢，这不仅可以有效的可再生能源和太阳能，还可以有效的减少材料的开发成本。
[0003]目前，有关双功能电催化和光催化制氢催化剂的报道仍然是有限的，在有效的报道中，主要是有关于复合催化剂。这些催化剂的设计原理主要是将具有单一优异电催化或者光催化性能的材料合二为一性能复合材料，例如Pt/TiO2、Co9S
8/
Ni3Se2和Pd/MoO3等。然而，该项技术的大规模应用仍然受限于材料复杂的合成方法和高昂的原材料成本。虽然该方面的研究已经取得了一定的进展，进一步拓展催化剂的材料体系仍然是十分必要的。
[0004]钙钛矿氧化物作为一种物理化学性质灵活可调的材料已经被广泛的应用于各种领域，对于电催化析氢，有LaCo1‑
x
Pt/>x
O3氧化物和Pr
0.5
(Ba
0.5
Sr
0.5
)
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
氧化物等被开发出来；对于光催化制氢，有Sr
1.97
La
0.03
Ti
0.97
Rh
0.03
O4氧化物和Sr2TiO4‑
x
F
x
氧化物等。钙钛矿由于其独特的结构性质也经常被用于对各种反应机理的研究，如果能够将钙钛矿氧化物用作双功能电催化和光化学产氢的催化剂，对于更好的理解催化剂的性能与构效之间的关系也大有裨益，对指导设计开发新型高效的催化剂也有重要意义。然而到目前为止，有关单相的双功能催化剂的报道仍是有限的，仍然有很多可以努力的空间。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双功能钙钛矿氧化物催化剂、制备方法及其应用，对电化学和光化学制氢都表现出相对优异的性能，且合成方法简单。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种双功能钙钛矿氧化物催化剂，钙钛矿氧化物催化剂的化学式为SrTi1
‑
xPtxO3, 其中0≤x≤0.2。
[0007]一种双功能钙钛矿氧化物催化剂的制备方法为固相法、溶胶凝胶法、甘氨酸辅助燃烧法或熔盐法中的一种。
[0008]优选地，一种双功能钙钛矿氧化物催化剂的制备方法采用固相法制备，包括如下具体步骤：
S1、分别称取适量SrCO3、TiO2和 Pt倒入球磨罐中，加入适量的乙醇，进行球磨处理，得到分散均匀的前驱体溶液；S2、将前驱体溶液置于表面皿中，烘干得到前驱体粉末；S3、取适量的前驱体粉末于氧化铝坩埚中，在空气下于马弗炉中焙烧，自然降温后取出，研磨得到SrTi1
‑
xPtxO3催化剂。
[0009]优选地，采用行星式高能球磨机进行球磨处理，所述行星式高能球磨机的转速为400转/min，球磨时间为1h。
[0010]优选地，采用钠灯对前驱体溶液进行烘干处理。
[0011]优选地，马弗炉的焙烧温度为1200℃，焙烧时间为20h，升温速率为5℃/min。
[0012]一种双功能钙钛矿氧化物催化剂的应用，用于电化学制氢和光化学制氢的催化。
[0013]本专利技术的有益之处在于：（1）本专利技术提供的单相催化剂氧化物结晶情况良好，粉末呈现灰色状态；通过铂元素的引入调整了钙钛矿氧化物中钛元素的价态，可以有效降低反应的带隙值，提升载流子传输速率和电子空穴复合速度；（2）本专利技术掺入少量铂元素使得催化剂中产生了较多的氧空穴，这不仅可以增强催化剂的电子传输能力，还能提高水分子在钙钛矿表面分解成氢气分子的能力，有效的调控了催化剂的电催化产氢性能；锶钛基钙钛矿氧化物本身属于半导体材料，其独特的晶体结构和电子特性在可见光辐射下表现良好，是高效可利用的光催化剂，通过调节其价带导带信息可以进一步对材料的光催化产氢性能进行调控；本专利技术的双功能催化剂对电化学和光化学制氢都表现出相对优异的性能，性能远优于未掺杂的母体锶钛基催化剂；（3）本专利技术制备的催化剂为单相催化剂，且合成方法简单，适用于基础研究以及后续的放大研究。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的粉末x
‑
射线晶体衍射（XRD）花样；图2是本专利技术的实施例1和实施例2中催化剂的粉末x
‑
射线晶体衍射（XRD）花样；图3是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的扫描电子显微镜（SEM）图片；图4是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的元素分析全谱图；图5是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的高分辨率X
‑
射线光电子能谱（XPS）图；图6是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的光吸收性能和带隙图；图7是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的电催化产氢性能图；图8是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂电催化产氢的反应动力学（Tafel）和电荷转移能力(EIS)图；图9是本专利技术的实施例1中催化剂的电催化产氢稳定性图；图10是本专利技术的实施例1和对比例中催化剂的光催化产氢性能图。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。
[0016]实施例1本实施例中钙钛矿氧化物催化剂的化学式为SrTi
0.95
Pt
0.05
O3，其制备方法包括如下具体步骤：S1、分别称取0.5905g SrCO3、0.3036g TiO2和 0.039 g Pt倒入球磨罐中，加入适量的乙醇，采用行星式高能球磨机进行球磨处理，球磨机的转速为400转/min，球磨时间为1h，得到分散均匀的前驱体溶液；S2、将前驱体溶液置于表面皿中，在钠灯下进行烘干得到前驱体粉末；S3、取适量的前驱体粉末于氧化铝坩埚中，在空气下于马弗炉中焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为20h，升温速率为5℃/min，自然降温后取出，研磨得到SrTi
0.95
Pt
0.05
O3催化剂，标记为STP。
[0017]实施例2本实施例中钙钛矿氧化物催化剂的化学式为SrTi
0.9
Pt
0.1
O3，其制备方法包括如下具体步骤：S1、分别称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双功能钙钛矿氧化物催化剂，其特征在于，所述钙钛矿氧化物催化剂的化学式为SrTi1‑
x
Pt
x
O3, 其中0≤x≤0.2。2.根据权利要求1所述的一种双功能钙钛矿氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为固相法、溶胶凝胶法、甘氨酸辅助燃烧法或熔盐法中的一种。3.根据权利要求1所述的一种双功能钙钛矿氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，采用固相法制备，包括如下具体步骤：S1、分别称取适量SrCO3、TiO2和 Pt倒入球磨罐中，加入适量的乙醇，进行球磨处理，得到分散均匀的前驱体溶液；S2、将前驱体溶液置于表面皿中，烘干得到前驱体粉末；S3、取适量的前驱体粉末于氧化铝坩埚中，在空气下于马弗炉中焙...

【专利技术属性】
技术研发人员：周嵬，费良双，孙海南，韩笑，李宇，邵宗平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：