一种复合多孔光触媒材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合多孔光触媒材料及其制备方法和应用，属于新材料和新能源技术领域。复合多孔光触媒材料以TiO2为载体负载Pt单原子和/或Au纳米粒子；所述Pt单原子的负载量为0.1～3％；所述Au纳米粒子的负载量为0～0.5％。本发明专利技术制备得到的2％Pt单原子

【技术实现步骤摘要】
一种复合多孔光触媒材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新材料和新能源
，特别是涉及一种复合多孔光触媒材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]因可以利用可持续的太阳能提供反应能量，基于无机半导体的光驱动多相催化有机物转化受到越来越多的关注，是一种重要的绿色化学过程。例如，通过苯甲醇氧化制备工业原料苯甲醛，传统的化学氧化法不仅产生化学计量比的废物，而且会由于过度氧化而降低苯甲醛的选择性。然而，在可见光照射下，用TiO2或CeO2基光催化剂对苯甲醇进行光催化氧化，副产物仅为H2O，绿色环保，且实现近100％的苯甲醛选择性。同时与均相有机光敏剂相比，无机半导体光触媒容易从反应体系中分离。但，无机半导体光触媒在实际应用中却存在光反应效率低下的问题。
[0003]TiO2是最常见最重要的光触媒材料，但通常具有较高的表面反应能垒，导致大量光生载流子的表面复合。并且，TiO2的带隙能为3.2eV，对可见光的吸收很少。相应地，提高TiO2光化学反应效率的关键在于提高可见光吸收效率或提高TiO2的表面反应活性。当前，提升可见光吸收效率的一种重要技术手段是负载具有可见光吸收效应的Au纳米粒子，形成Au纳米粒子/TiO2复合光触媒。为了提高TiO2光触媒的表面反应活性，当前的技术手段是使用助催化剂来降低载流子与反应底物间的表面反应能垒。贵金属Pt是极为重要和常用的助催化剂成分。负载Pt后形成Pt/TiO2复合光触媒，其光化学反应效率可以成倍提升。尤其是近几年，实现单原子分散代替纳米分散，TiO2光触媒表面形成更高密度的单原子Pt活性中心，显著缩短光生载流子从产生位置输运到Pt位点的距离，进一步提升反应效率。但是，有关Pt单原子/TiO2复合光触媒的现有技术存在两点不足：(1)在TiO2光触媒上Pt单原子的负载量目前较低(<1％，质量分数，下同)，表面反应活性的提升空间仍未达到上限；载量较低的原因是当前TiO2光触媒的结构和尺寸不利于形成和稳定高载量的单原子Pt；(2)吸光单元仅为TiO2，可见光吸收少，没有进一步提升可见光吸收效率的措施。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种复合多孔光触媒材料及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，采用喷雾热解/沉积法得到复合多孔光触媒材料，Pt单原子的负载量高，可见光吸收强度大，光催化活性高。其中，具有可见光效应的Au纳米粒子提升可见光吸收效率，高达2％负载量的Pt单原子在TiO2光触媒表面形成密集的反应位点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术的技术方案之一：一种复合多孔光触媒材料，所述复合多孔光触媒材料以TiO2为载体负载Pt和/或Au金属；
[0007]所述Pt金属的负载量为0.1～3％；所述Au金属的负载量为0～0.5％；
[0008]所述负载量为负载金属与载体的质量百分比。
[0009]进一步地，所述Pt金属为Pt单原子；所述Au金属为Au纳米粒子。
[0010]本专利技术的技术方案之二：一种上述的复合多孔光触媒材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将钛酸四丁酯和F127溶解于酸性溶剂中，然后加入氯铂酸和/或氯金酸溶液混合均匀，得到混合溶液；
[0012](2)将步骤(1)制备得到的混合溶液超声雾化，引入高温管式炉里反应，得到混合粉末；
[0013]钛酸四丁酯分解为TiO2，氯铂酸和氯金酸分解成Pt单原子和Au纳米颗粒，均沉积在TiO2上。F127形成胶束，成为多孔结构的模板剂。
[0014](3)对步骤(2)制备得到的混合粉末进行热处理，得到所述复合多孔光触媒材料(即Pt单原子
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Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料、Pt单原子/TiO2多孔光触媒材料或Au纳米粒子/TiO2多孔光触媒材料)。
[0015]F127胶束煅烧分解成气体形成孔洞，TiO2晶化，最终得到Pt单原子
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Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料。
[0016]进一步地，步骤(1)中，所述混合溶液中钛酸四丁酯与F127的质量比为1：0.1～0.5。
[0017]更进一步地，所述F127为高分子嵌段聚合物。
[0018]进一步地，步骤(1)中，所述酸性溶剂的pH<1；所述酸性溶剂的制备具体包括：在去离子水中加入质量分数为35～38％的浓盐酸调节pH<1。
[0019]进一步地，步骤(1)中，所述氯铂酸溶液的浓度为10mmol/L；所述氯金酸溶液的浓度为10mmol/L。
[0020]进一步地，步骤(2)中，所述高温管式炉的加热区长度为30～50cm，所述反应温度为400～800℃。
[0021]进一步地，步骤(3)中，所述热处理的温度为300～600℃，时间为1～3h。
[0022]本专利技术的技术方案之三：一种上所述的复合多孔光触媒材料在催化氧化反应中的应用。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：
[0024](1)与传统(Pt纳米粒子
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Au纳米粒子)/TiO2非多孔光触媒材料相比，本专利技术所得的光触媒材料的活性组分Pt为单原子分散。本专利技术制备得到的2％Pt单原子
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0.15％Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料，苯甲醇氧化产物苯甲醛的产率为4.5mmol/h/g，是(2％Pt纳米粒子
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0.15％Au纳米粒子)/TiO2非多孔光触媒材料的2倍。
[0025](2)与传统Pt单原子/TiO2非多孔光触媒材料相比，本专利技术所得的光触媒材料的结构为多孔结构，比表面积大，单原子Pt的负载量上限高达2％以上，显著高于TiO2非多孔光触媒的负载水平(0.3％)。本专利技术制备得到的2％Pt单原子/TiO2多孔光触媒材料，苯甲醇氧化产物苯甲醛的产率为4.1mmol/h/g，是Pt单原子/TiO2非多孔光触媒最优值的3.8倍。
[0026](3)与Pt单原子/TiO2多孔光触媒材料相比，在利用Pt单原子形成高反应活性的表面Pt位点的基础上，引入Au纳米粒子形成Pt单原子
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Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒，进一步提升可见光吸收效率。本专利技术制备得到的2％Pt单原子
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0.15％Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料，苯甲醇氧化产物苯甲醛的产率为4.5mmol/h/g，是2％Pt单原子/TiO2多孔
光触媒材料的1.1倍。
[0027](4)与Au纳米粒子/TiO2多孔光触媒材料相比，在利用Au纳米粒子提升可见光吸收效率的基础上，引入Pt单原子形成Pt单原子
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Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料，形成高反应活性的表面Pt位点。本专利技术制备得到的2％Pt单原子
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0.15％Au纳米粒子/TiO2复合多孔光触媒材料，苯甲醇氧化产物苯甲醛的产率为4.5mmol/h/g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合多孔光触媒材料，其特征在于，所述复合多孔光触媒材料以TiO2为载体负载Pt和/或Au金属；所述Pt金属的负载量为0.1～3％；所述Au金属的负载量为0～0.5％；所述负载量为负载金属与载体的质量百分比。2.根据权利要求1所述的复合多孔光触媒材料，其特征在于，所述Pt金属为Pt单原子；所述Au金属为Au纳米粒子。3.一种权利要求1～2任一项所述的复合多孔光触媒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯和F127溶解于酸性溶剂中，然后加入氯铂酸和/或氯金酸溶液混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)制备得到的混合溶液超声雾化，引入高温管式炉里反应，得到混合粉末；(3)对步骤(2)制备得到的混合粉末进行热处理，得到所述复合多孔光触媒材料。4.根据权利要求3所述的复合多孔光触媒材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合溶液中钛酸四丁酯与F12...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚二姐，宋娇娇，蒯龙，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：