【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料，具体涉及一种超薄tio2纳米线负载的co单原子多相催化材料及其制备与应用。
技术介绍
1、半导体材料在光照下将光能转化为化学能的过程称之为光催化。具体而言，当入射光中光子的能量匹配半导体材料的带隙时，光激发下半导体就会吸收光能并且介导电子跃迁产生光生载流子，通常光生电子会从半导体的价带跃迁到导带上，并且在价带相应位置留下空穴。半导体导带（cb）电子具有+0.5到-1.5 v（vs nhe）的还原电位，常作为光催化还原反应的端口。而半导体价带（vb）空穴则具有+1.0到+3.5 v（vs nhe）的氧化电位，常作为光催化氧化反应的端口。
2、在众多过渡金属氧化物半导体材料中，tio2具有耐腐蚀、无毒、耐用、成本低等优点，受到了研究人员的青睐。作为光催化研究领域最经典的材料，tio2具有半导体特性并且在受光激发后具有出色的氧化还原能力。在过去的20年中，tio2光催化技术的发展非常迅速，在解决各种能源和环境问题的相关领域中扮演着重要的角色，例如太阳能水分裂产h2、在低浓度下分解空气中的污染物和水以及光催化co2还原等。
3、单原子催化剂（sacs）是一类极具潜力的光催化材料，它通常以高效著称，具有100%的原子利用率。sacs在增强光催化系统的光捕获、电荷转移动力学和表面反应等方面已表现出了强大的潜力。当前，研究人员主要致力于开发低成本、非贵金属的sacs光催化体系。由地表储量丰富的过渡金属构筑的单原子光催化材料逐渐成为热点之一。过渡金属sacs可以调节材料的能带结构、增强载体的光吸收能力
4、目前，常规的单原子合成方法具有能量消耗高、条件苛刻、程序繁琐、不可控等问题，严重阻碍了单原子催化剂的发展。传统自下而上的湿化学法是获得单原子催化材料的一种便捷方法，然而，该方法所获得的单原子容易聚集和迁移，导致催化活性中心不均匀且失活，原子利用率和催化稳定性大大降低。因此，如何简单高效地制备高分散性的过渡金属单原子催化材料是当前的一个重要挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超薄tio2纳米线负载的co单原子（co-sas@tio2-nws）多相催化材料及其制备方法和应用，其目的在于通过将co单原子均匀地锚定于超薄tio2纳米线（tio2-nws）载体上，得到一种高效的光催化co2还原（crr）催化剂。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种超薄tio2纳米线负载的co单原子（co-sas@tio2-nws）多相催化材料，其制备包括以下步骤：
4、1）将聚乙烯吡咯烷酮（pvp）和亚铁氰化钾（k4fe(cn)6·3h2o）溶解于hcl溶液中，然后加入硫酸钛（ti(so4)2）充分搅拌均匀，制成反应前驱液；
5、2）将步骤1）所得反应前驱液倒入水热釜进行加热反应，反应后经离心、洗涤、干燥直至水分完全挥发，获得tio2和普鲁士蓝（pb）的自组装复合材料（oa-pb/tio2）；
6、3）将步骤2）所得tio2和普鲁士蓝的自组装复合材料（oa-pb/tio2）分散在盐酸溶液中，经离心、洗涤、干燥，得到超薄tio2纳米线（tio2-nws）；
7、4）将乙酸钴（c4h6coo4·4h2o）溶解于去离子水中形成溶液，接着加入步骤3）所得超薄tio2纳米线（tio2-nws），搅拌混匀后经离心、洗涤、干燥、煅烧后，自然冷却，得co-sas@tio2-nws。
8、进一步地，步骤1）所得反应前驱液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为3.8 g/50 ml，亚铁氰化钾的含量为0.12g/50 ml，ti(so4)2的含量为0.0682 g/50 ml，所用hcl溶液的浓度为0.1 mol·l-1。
9、进一步地，步骤1）中所述溶解是采用磁力搅拌，搅拌速度为500 rpm，搅拌时间为30 min。
10、进一步地，步骤1）中所述搅拌是采用磁力搅拌，搅拌时间为30 min。
11、进一步地，步骤2）中采用带有聚四氟乙烯内胆的水热釜进行反应。
12、进一步地，步骤2）中所述加热采用程序温控制箱进行，加热反应的温度为80 ℃，时间为24 h。
13、进一步地，步骤3）中tio2和普鲁士蓝的自组装复合材料的用量为每50 ml盐酸溶液加入100 mg；所述盐酸溶液的浓度为0.1 mol·l-1。
14、进一步地，步骤3）中所述分散是采用磁力搅拌，搅拌速度为500 rpm，搅拌时间为20 min。
15、进一步地，步骤2）-3）中所述洗涤具体是先用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次。
16、进一步地，步骤4）所述溶液中乙酸钴的含量为10 mg/15 ml。
17、进一步地，步骤4）中所用超薄tio2纳米线与乙酸钴的质量比为3:2。
18、进一步地，步骤4）中所述搅拌是采用磁力搅拌，搅拌速度为500 rpm，搅拌时间为6h。
19、进一步地，步骤4）中所述洗涤具体是先用乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次。
20、进一步地，步骤2）-4）中所述离心的速度为8000 rpm，时间为3-5 min。
21、进一步地，步骤2）-4）中所述干燥是于60 ℃烘箱中干燥10 h。
22、进一步地，步骤4）中所述煅烧在马弗炉中进行，其温度为350 ℃，时间为2 h。
23、上述所得co-sas@tio2-nws可用于光催化co2还原。
24、本专利技术制备的tio2-nws为纳米线自内而外有序组装而成的大小均匀的刺猬状结构，其超薄尺寸结构的纳米线有利于电荷的传输以及催化位点的锚定和暴露；纳米线之间丰富的孔道结构，不仅为反应物和产物的传输提供了通道，而且产生了空间限制效应，可以将单个过渡金属原子封装在有限的空间中，因此tio2-nws可作为锚定co位点的良好载体，抑制了单原子的聚集和迁移，转而促进了单原子的分散性。同时，所制备的超薄尺寸的tio2-nws在构建高效光催化co2还原（crr）体系中具有许多优势，例如高的比表面积、高的电荷传输效率和高的化学稳定性等。
25、与此同时，地表储量丰富的过渡金属co常常作为crr的催化位点，它对co2分子具有较高亲和力。本专利技术以超薄tio2纳米线作为载体，乙酸钴为钴单原子源，通过简便合成路线，制备了co-sas@tio2-nws多相催化材料，为简单高效地制备高分散性的过渡金属单原子催化材料提供了新策略，并为利用超薄尺寸tio2构建高效crr体系提供了新策略。
26、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超薄TiO2纳米线负载的Co单原子多相催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所得反应前驱液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为3.8 g/50 mL，亚铁氰化钾的含量为0.12 g/50 mL，Ti(SO4)2的含量为0.0682 g/50 mL，所用HCl溶液的浓度为0.1 mol·L-1。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述加热反应的温度为80℃，时间为24 h。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中TiO2和普鲁士蓝的自组装复合材料的用量为每50 mL盐酸溶液加入100 mg；所述盐酸溶液的浓度为0.1 mol·L-1。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）所述溶液中乙酸钴的含量为10 mg/15 mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中所用超薄TiO2纳米线与乙酸钴的质量比为3:2。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述煅
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）-4）中所述干燥的温度为60℃，时间为10 h。
9.一种如权利要求1-8任一方法制备的超薄TiO2纳米线负载的Co单原子多相催化材料。
10.一种如权利要求9所述的超薄TiO2纳米线负载的Co单原子多相催化材料在光催化CO2还原中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种超薄tio2纳米线负载的co单原子多相催化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所得反应前驱液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为3.8 g/50 ml，亚铁氰化钾的含量为0.12 g/50 ml，ti(so4)2的含量为0.0682 g/50 ml，所用hcl溶液的浓度为0.1 mol·l-1。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述加热反应的温度为80℃，时间为24 h。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中tio2和普鲁士蓝的自组装复合材料的用量为每50 ml盐酸溶液加入100 mg；所述盐酸溶液的浓度为0.1 mol·l-1。<...
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