负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法技术

本发明专利技术属于先进材料和氢能源技术领域，涉及分解水制氢的光催化剂的制备，具体涉及负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法。其制备方法为：将介孔二氧化钛纳米片材料在氢气氛围下进行煅烧获得介孔黑二氧化钛纳米片材料，将介孔黑二氧化钛纳米片材料分散于氯铂酸的溶液中，采用液氮进行冷冻，然后采用滤光后的光源对冷冻的物料进行光照还原反应，融化分离即得。本发明专利技术的制备方法能够保持二氧化钛纳米片的片层结构，同时能够避免金属铂团簇的团聚，提高了比表面积、表面活性位点及Pt利用率，从而提高了能够拓宽催化剂的可见光吸收范围，提升光生电子和空穴对分离效率进而提高光催化效率，进而提高了光催化剂的产氢效率。氢效率。氢效率。

【技术实现步骤摘要】
负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法


[0001]本专利技术属于先进材料和氢能源
，涉及分解水制氢的光催化剂的制备，具体涉及负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]TiO2能够对太阳能进行有效关系吸收，是一种有前途的、环保且可见光驱动的用于清洁能量转换光催化剂。然而，专利技术人在TiO2在制氢方面研究发现，现有TiO2存在产氢效率低和Pt利用率低等缺陷。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法，能够拓宽催化剂的可见光吸收范围，提升光生电子和空穴对分离效率进而提高光催化效率，从而提高TiO2基催化剂的产氢效率，同时对Pt利用率更高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一方面，一种负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，提供介孔二氧化钛纳米片材料，将介孔二氧化钛纳米片材料在氢气氛围下进行煅烧获得介孔黑二氧化钛纳米片材料，将介孔黑二氧化钛纳米片材料分散于氯铂酸的溶液中，采用液氮进行冷冻，然后采用滤光后的光源对冷冻的物料进行光照还原反应，融化分离即得。
[0007]光催化分解水产氢主要在表面进行反应，提供二氧化钛纳米片能够保证其有更高的比表面积，更有利于光催化分解水产氢，为了增加表面的活性位点，可以采用还原剂对二氧化钛纳米片进行还原处理，其还原处理方法有多种，例如采用固体还原剂(例如硼氢化钠、硼氢化钾等)混合后煅烧、在还原气氛(例如氢气、CO等)下进行煅烧等。然而，研究表明，二氧化钛纳米片形貌特殊，还原过程难以保持其片层结构，例如采用硼氢化钠混合后煅烧，容易导致片层结构塌陷等。本专利技术经过实验发现，在氢气氛围下进行煅烧，有利于保持二氧化钛纳米片的片层结构，从而保证其接触面积。
[0008]在负载金属铂团簇过程中，为了避免金属铂在负载过程中团聚，本专利技术首先采用液氮进行冷冻，相比其他冷冻丰富，采用液氮冷冻的温度更低，冷冻速度更快，能够保证介孔黑二氧化钛纳米片材料能够更均匀的分散在冰层中，其次，采用滤光后的光源，降低光源能量，防止冰层融化过快导致的团聚，从而增加金属铂团簇在二氧化钛纳米片表面的分散性，提高金属箔团簇的比表面积，从而提高了铂的利用率。
[0009]研究表明，通过本专利技术上述制备方法获得的光催化剂具有更高的光催化剂分解水产氢的性能。
[0010]另一方面，一种负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂，由上述制备方法
获得。
[0011]第三方面，一种上述负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂在光解水制氢气中的应用。
[0012]第四方面，一种光解水制备氢气的方法，向含有水和甲醇的体系中加入上述负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂，进行光照处理。
[0013]本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术制备的负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂具有良好的产氢性能，而现有技术制得的TiO2负载金属Pt光催化剂产氢性能较差，相较于b
‑
TiO2能够提升77倍，并且通过循环多次测试发现仍然具有良好的稳定性。这种片层结构的催化剂具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点，通常表现出优于体相材料的光催化性能。另外这种结构增大了与催化剂的接触面积，大幅度提升产氢性能。
[0015]本专利技术尤其采用液氮冷冻和原位光还原沉积的策略制备负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂，具有稳定性好和光催化活性高的优点，可应用于能源和环保等领域。本专利技术制备工艺简单，实验设备简单，成本低，效益高，易于实现商业化。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术实施例1～3制备Pt/b
‑
TiO2的实验流程图；
[0018]图2为本专利技术实施例1～3制备Pt/b
‑
TiO2的XRD谱图；
[0019]图3为本专利技术实施例2制备Pt/b
‑
TiO2的氮气吸附脱附曲线；
[0020]图4为本专利技术实施例2制备Pt/b
‑
TiO2的孔径分布曲线；
[0021]图5为本专利技术实施例2制备的Pt/b
‑
TiO2的SEM和TEM图；
[0022]图6为本专利技术实施例1～3制备的Pt/b
‑
TiO2的产氢性能图；
[0023]图7为本专利技术实施例4制备的b
‑
TiO2的SEM图；
[0024]图8为本专利技术实施例4制备的Pt/b
‑
TiO2的产氢性能图。
具体实施方式
[0025]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027]鉴于现有TiO2存在产氢效率低和Pt利用率低的缺陷，本专利技术提出了负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂及制备方法。
[0028]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，提供介孔二氧化钛纳米片材料，将介孔二氧化钛纳米片材料在氢气氛
围下进行煅烧获得介孔黑二氧化钛纳米片材料，将介孔黑二氧化钛纳米片材料分散于氯铂酸的溶液中，采用液氮进行冷冻，然后采用滤光后的光源对冷冻的物料进行光照还原反应，融化分离即得。
[0029]本专利技术的制备方法能够保持二氧化钛纳米片的片层结构，同时能够避免金属铂团簇的团聚，提高了比表面积、表面活性位点及Pt利用率，从而提高了能够拓宽催化剂的可见光吸收范围，提升光生电子和空穴对分离效率进而提高光催化效率，进而提高了光催化剂的产氢效率。
[0030]本专利技术实施例中，铂的负载量为0.15～0.25％，研究表明：当Pt的负载量逐渐升高，增加表面的活性位点，从而增加产氢性能，而当Pt的负载量继续升高，会导致Pt纳米粒子的团聚，降低其产氢性能。在一些实施例中，铂的负载量为0.19～0.21％。经过实验证明，Pt的负载量在该条件下对介孔黑二氧化钛纳米片的效果更好，产氢性能更强。
[0031]在一些实施例中，液氮冷冻的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征是，提供介孔二氧化钛纳米片材料，将介孔二氧化钛纳米片材料在氢气氛围下进行煅烧获得介孔黑二氧化钛纳米片材料，将介孔黑二氧化钛纳米片材料分散于氯铂酸的溶液中，采用液氮进行冷冻，然后采用滤光后的光源对冷冻的物料进行光照还原反应，融化分离即得。2.如权利要求1所述的负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征是，铂的负载量为0.19～0.21％。3.如权利要求1所述的负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征是，液氮冷冻的时间为1～2h。4.如权利要求1所述的负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征是，采用单波长420nm的滤光片对光源进行滤光。5.如权利要求1所述的负载铂团簇的介孔黑二氧化钛纳米片光催化剂的制备方法，其特征是，介孔黑二氧化钛纳米片材料分散于氯铂酸的溶液中进行超...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫，武佳星，李贞子，王世杰，王学朋，郭莉萍，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：