一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法。本发明专利技术提供的一种高效制氢制氧方法，是通过将钙钛矿二氧化钛耦合形成的异质结构光催化剂沉积于纺织网上实现的。钙钛矿材料具有带隙窄、载流子扩散距离长等优点，利用二氧化钛和钙钛矿材料的协同效果，既能解决半导体材料TiO2光催化剂带隙大，仅对紫外光响应的问题，又能抑制光生载流子复合，提升载流子传输性能，使得制氢制氧效率显著提升。本发明专利技术提供的一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法，是通过制备具有制氢制氧功能的光催化纺织网实现的，所述光催化纺织网具备可见光响应性能，极大提高可见光的吸收和利用，且可回收重复使用，为社会带来经济效益。经济效益。经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法


[0001]本专利技术属于光催化制氢制氧应用领域，具体涉及一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法。

技术介绍

[0002]近年来能源消耗与环境恶化成为人类面临的重大挑战，通过清洁的可再生能源代替不可再生的化石能源是解决环境压力的有效途径。氢能作为一种清洁、可再生、发热值高的燃料，极有希望在未来取代煤、石油等化石能源，占据能源格局的主导地位。半导体光催化法可利用自然界中取之不尽的太阳能作为半导体的激发光源，实现分解水制氢制氧，具有简单便捷、经济高效等优势，受到了广泛关注。其中，光催化剂是光催化分解水反应的核心，通常为可将光能最终转化为化学能的半导体材料。当半导体材料光催化剂吸收能量大于其自身带隙的光子后，产生的光生电子会跃迁至导带，同时在价带产生一个光生空穴。产生的光生电子和空穴会扩散至半导体表面，分别与半导体表面水分子发生还原反应、氧化反应，生成氢气和氧气。二氧化钛材料具有无毒、杀菌除臭、稳定性好、氧化还原能力强等优势，在光解水制氢制氧领域有巨大潜力和良好前景。
[0003]然而，用二氧化钛光催化材料光解水制氢制氧面临以下问题：
①
TiO2是一种宽带隙半导体材料，仅对太阳光中约6％的紫外光响应，使得太阳光的吸收利用率较低；
②
TiO2受光照激发产生的光生电子和空穴还存在易于复合的问题，使得光量子效率较低；
③
同时，传统光催化剂为粉末状，常通过抛洒等方式在污水处理中应用，存在回收困难，难以重复使用的问题。
[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法。钙钛矿是一种结构为ABX3型的半导体材料，具有制备简单、带隙可调、可大面积附着于柔性衬底等优势，由于其优异的光电性能常被应用于太阳能电池、LED和光电探测器等光电器件中。本专利技术通过材料复合的方法对传统TiO2光催化剂进行改性，将TiO2与钙钛矿耦合形成异质结。一方面，钙钛矿半导体材料具有禁带宽度窄、能吸收能量较低的入射光，具有可见光响应特性。除了本身可作为光催化剂分解水制氢制氧之外，还可以与TiO2材料复合为异质结，解决TiO2光催化剂因带隙大仅对紫外光响应的问题。进一步地，钙钛矿半导体材料产生的光生电子可通过异质结传输至TiO2导带，光生空穴留在钙钛矿价带，使得钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的光谱响应范围扩宽，极大程度提升光催化剂对太阳光的利用率。另一方面，由于钙钛矿
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二氧化钛界面处存在异质结，结两侧的载流子浓度差会形成内建电场，促进光生载流子传输，减少了电子
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空穴对复合，通过钙钛矿二氧化钛协调效果进一步提升了异质结光催化剂的催化活性。最后，将钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂负载于纺织品上，解决了粉末状光催化剂难回收和重复利用的难题。本专利技术提出的基于钙钛矿二氧化钛异质结构的高效制氢制氧的方法范围广泛，包括但不限于太阳能光解水制氢制氧等领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法。本专利技术通过材料复合的方法，构建钙钛矿二氧化钛异质结，不仅将钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的响应波长范围扩展至可见光波段，改善TiO2光催化剂仅在紫外光波段响应的不足；同时利用钙钛矿二氧化钛异质结处的内建电场促进了光生载流子的分离和传输，有效抑制了光生电子
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空穴的复合。采用纺织品作光催化剂作为载体解决了以往粉末状光催化剂难以回收的问题，提升光催化剂的重复利用率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效的制氢制氧方法是由制备一种负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网实现的。
[0007]所述具有可见光响应的钙钛矿二氧化钛异质结构光催化纺织品的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)钙钛矿前驱体溶液的配制：将前驱体A和前驱体B溶解在一定量的有机极性溶剂中，磁力搅拌一段时间后得到钙钛矿前驱体溶液A。
[0009](2)TiO2溶胶的制备：将一定量的简单有机酸加入到低级醇中，得到混合溶液B，向混合溶液B中缓慢加入正钛酸酯，配置为溶液C。在加热的条件下激烈搅拌溶液C，可得到所述TiO2溶胶。
[0010](3)将绳、布料等形式的纺织品浸渍于钙钛矿前驱体溶液A中，之后将完全覆盖有溶液A的纺织品取出，在一定温度下退火一段时间，即可在纺织品上形成均匀的钙钛矿晶体，然后将生长有钙钛矿材料的纺织品在TiO2溶胶中充分浸泡，之后放入烘箱烘干，使得负载有钙钛矿层的纺织品上包覆一层致密的TiO2，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网；或者将绳、布料等形式的纺织品浸渍于TiO2溶胶中，之后将浸有TiO2溶胶的纺织品取出，并放入烘箱烘干，再将生长有致密TiO2晶体的纺织品浸泡在钙钛矿前驱体溶液A中，浸渍一段时间后取出，并在一定温度下退火一段时间，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网；或者将钙钛矿前驱体溶液A与TiO2溶胶混合，得到钙钛矿与TiO2的混合溶液D，之后将绳、布料等形式的纺织品浸渍于混合溶液D中，最终取出浸有混合溶液D的纺织品并放入烘箱烘干，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网。
[0011]进一步地，上述步骤(1)中，所述前驱体A可为MAI、CsI、FAI中的一种及以上；所述前驱体B可为PbI2、SnI2中的一种及以上；所述有机极性溶剂为N，N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种及以上。
[0012]进一步地，上述步骤(1)中，所述前驱体A与前驱体B的摩尔比为0.8～1.5∶1；所述溶液A中前驱体A的物质的量浓度为0.8～1.5mol/L；所述溶液A中前驱体B的物质的量浓度为0.53～1.88mol/L。
[0013]进一步地，上述步骤(1)中，所述磁力搅拌时间为5～12h。
[0014]进一步地，上述步骤(2)中，所述低级醇为无水乙醇；所述简单有机酸为冰醋酸；所述正钛酸酯为钛酸丁酯。
[0015]进一步地，上述步骤(2)中，所述混合溶液B的pH为1～3；所述正钛酸酯∶低级醇∶简单有机酸等原料的质量比为13.27～24.12∶54.39～66.24∶0.71～5.13；所述加热搅拌温度为80～150℃；所述加热搅拌时间为1～6h。
[0016]进一步地，上述步骤(3)中，所述在钙钛矿前驱体溶液A中浸泡时间为0.5～5h；所述浸渍溶液A后的退火温度为80～110℃；所述浸渍溶液A后的退火时间为0.5～1.5h；所述在TiO2溶胶中浸泡时间为0.5～1h；所述浸渍TiO2溶胶后的烘干温度为100～130℃；所述浸渍TiO2溶胶后的烘干时间为15～30min；所述在钙钛矿与TiO2的混合溶液D中的浸泡时间为0.5～1h；所述浸渍混合溶液D后的烘干温度为100～110℃；所述浸渍混合溶液D后的烘干时间为0.5～1h。
[0017]本专利技术的优点在于：传统Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿二氧化钛异质结构高效制氢制氧的方法，其特征在于：所述高效的制氢制氧方法是通过制备一种负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网实现的。2.一种制备如权利要求1所述的负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂纺织网的方法，其特征在于：将水热法合成的二氧化钛溶胶与利用溶液浸润法生长的钙钛矿材料耦合形成异质结构后，沉积于纺织品制备而成。3.根据权利要求2所述的方法，其特征包括以下步骤：(1)钙钛矿前驱体溶液的配制：将前驱体A和前驱体B溶解在一定量的有机极性溶剂中，磁力搅拌一段时间后得到钙钛矿前驱体溶液A。(2)TiO2溶胶的制备：将一定量的简单有机酸加入到低级醇中，得到混合溶液B，向混合溶液B中缓慢加入正钛酸酯，配置为溶液C。在加热的条件下激烈搅拌溶液C，可得到所述TiO2溶胶。(3)将绳、布料等形式的纺织品浸渍于钙钛矿前驱体溶液A中，之后将完全覆盖有溶液A的纺织品取出，在一定温度下退火一段时间，即可在纺织品上形成均匀的钙钛矿晶体，然后将生长有钙钛矿材料的纺织品在TiO2溶胶中充分浸泡，之后放入烘箱烘干，使得负载有钙钛矿层的纺织品上包覆一层致密的TiO2，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网；或者将绳、布料等形式的纺织品浸渍于TiO2溶胶中，之后将浸有TiO2溶胶的纺织品取出，并放入烘箱烘干，再将生长有致密TiO2晶体的纺织品浸泡在钙钛矿前驱体溶液A中，浸渍一段时间后取出，并在一定温度下退火一段时间，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网；或者将钙钛矿前驱体溶液A与TiO2溶胶混合，得到钙钛矿与TiO2的混合溶液D，之后将绳、布料等形式的纺织品浸渍于混合溶液D中，最终取出浸有混合溶液D的纺织品并放入烘箱烘干，得到负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂的纺织网。4.根据权利要求3所述负载有钙钛矿二氧化钛异质结构光催化剂纺织网的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述前驱体A可为MAI、Cs...

【专利技术属性】
技术研发人员：李澄，胡贝尔，卢丽华，郭中丽，冯嘉炜，
申请(专利权)人：江苏康润净化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：