铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；S2、将所述悬浊液干燥，之后在400

【技术实现步骤摘要】
铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二氧化钛是一种白色固体或粉末状的两性氧化物，具有可调节的多孔表面和分布、较高的热稳定性等优点，被广泛应用于气相污染物的催化氧化研究中。其中板钛矿晶相的二氧化钛表面氧物种的种类丰富，具有介稳态的性质易于进行表面改性。
[0003]铜基催化剂矿藏丰富、廉价易得，在含氮VOCs领域具有优异的催化氧化活性，而单原子催化剂作为一个新兴的多相催化领域，具有最大的原子利用率、独特电子结构、高度均一的催化活性位点等优点，从而对各种反应产生良好的催化性能，但是单原子铜基催化剂催化乙腈还少有研究，选用单原子铜负载二氧化钛材料有望进一步提高铜基催化剂的应用潜力。
[0004]而氧空位是普遍存在于金属氧化物载体的一种内在的缺陷，是金属氧化物晶格氧脱去一个氧原子后形成的，氧空位处会形成丰富的局域电子，改变反应物分子的吸附，影响金属氧化物的物理和化学性质，因此有利于进一步提升催化剂的催化性能。综上所述，单原子铜/缺陷二氧化钛材料具有广阔的应用前景。
[0005]许多贵金属已经被证实对含氮VOCs具有高的催化氧化活性，但由于氧化还原能力较好，会导致含氮VOCs物种的过度氧化会导致NOx的大量生成，其N2选择性不理想，且贵金属资源少，价格昂贵，限制了其在该领域的大规模应用。如何开发具有优良催化性能和优良稳定性的催化剂，使含氮VOCs乙腈分子能够在更宽的温度范围内较为彻底转化为CO2、N2和H2O仍然是本领域的技术人员亟待解决的关键技术问题之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用，解决现有技术中如何使含氮VOCs乙腈分子能够在更宽的温度范围内较为彻底转化为CO2、N2和H2O。
[0007]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu
+
的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。
[0008]进一步地，所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；和/或，Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。
[0009]此外，本专利技术还提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；
[0011]S2、将所述悬浊液干燥，之后在400
‑
450℃下煅烧得到所述铜/含氧空位缺陷二氧
化钛催化剂。
[0012]进一步地，在步骤S1中，所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的摩尔比为0.03
‑
0.05:1。
[0013]进一步地，在步骤S2中，所述煅烧的时间为2
‑
3h。
[0014]进一步地，，在步骤S1中，所述铜的前驱体溶液由以下步骤制得：将可溶性铜盐与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到所述铜的前驱体溶液；和/或，在步骤S1中，所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液由以下步骤制得：将含氧空位缺陷二氧化钛粉末与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到。
[0015]进一步地，所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛由以下步骤制得：将板钛矿二氧化钛粉末放入管式炉中，通入总气体流量为200
‑
250mL/min，H2:N2为1:18
‑
20的混合气，升温至550
‑
600℃煅烧得到。
[0016]进一步地，在步骤S1中，所述可溶性铜盐为三水合硝酸铜或者五水硫酸铜。
[0017]进一步地，所述含氧空位缺陷二氧化钛在550
‑
600℃下的煅烧时间为10
‑
12h。
[0018]此外，本专利技术还提出上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂或者上述制备方法制得的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术提出的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷的二氧化钛，所述铜以Cu
+
的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形，该催化剂在催化燃烧含氮VOCs乙腈中表现出优异的N2选择性，而且在200
‑
400℃范围内都能够将含氮VOCs乙腈分子较为彻底地转化为CO2、N2和H2O。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的透射电子显微镜图；
[0021]图2为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的粒径分布图；
[0022]图3为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的mapping图；
[0023]图4为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的XRD图谱；
[0024]图5为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的EPR图谱
[0025]图6为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的XPS图谱；
[0026]图7为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂催化乙腈的转化效率图。
[0027]图8为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂催化乙腈生成N2效图率。
[0028]图9为实施例1制备的Cu/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的稳定性测试图。
具体实施方式
[0029]本具体实施方式提供一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu
+
的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形；进一步地，所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；和/或，Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。
[0030]此外，本具体实施方式还提出一种上述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0031]S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的质量比为0.03
‑
0.05:1；所述铜的前驱体溶液由以下步骤制得：将可溶性铜盐与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到所述铜的前驱体溶液，所述超声的时间为20分钟以上；所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液由以下步骤制得：将含氧空位缺陷二氧化钛粉末与正丁醇溶液混合，之后超声处理得到，所述超声的时间为20分钟以上；所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛由以下步骤制得：将板钛矿二氧化钛粉末放入管式炉中，通入总本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，所述二氧化钛为含氧空位缺陷二氧化钛，所述铜以Cu
+
的形式存在，所述催化剂整体形貌呈现片状，二氧化钛载体形貌呈现正六边形。2.根据权利要求1所述的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂，其特征在于，所述二氧化钛为板钛矿晶相的二氧化钛；和/或，Cu以单原子Cu形式均匀分散在含氧空位缺陷二氧化钛的表面。3.一种权利要求1
‑
2任一项所述的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铜的前驱体溶液和含氧空位缺陷二氧化钛的分散液混合得到悬浊液；S2、将所述悬浊液干燥，之后在惰性气体氛围中，400
‑
450℃下煅烧得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂。4.根据权利要求3所述的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述铜的前驱体溶液中的铜与所述含氧空位缺陷二氧化钛的分散液中的含氧空位缺陷二氧化钛的质量比为0.03
‑
0.05:1。5.根据权利要求3所述的铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，由室温1
‑
3℃/min程序升温至400
‑
450℃煅烧2
‑
3h得到所述铜/含氧空位缺陷二氧化钛催化剂。6.根据权利要求3所述的铜/含氧空位缺陷二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦炳，罗竹，管盈乔，潘传奇，邱晓峰，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：