一种通用的界面工程促进电荷提取提高光催化析氢策略制造技术

本发明专利技术提供一种通用的界面工程促进电荷提取策略及Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2纳米复合材料制备方法，以及该策略促进电荷提取用于高效光催化制氢中的应用。与现有技术相比，本发明专利技术提供的Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2的制备方法中的所用原料易于购买且价格较低，同时制备方法简单，易于操作，便于大规模投入生产。另外，将本发明专利技术提供的通用界面工程促进电荷提取策略在光催化制氢领域中，其制氢效果相较于传统Pt/TiO2光催化剂有了较为明显的提高，4小时内高达1L g

【技术实现步骤摘要】
一种通用的界面工程促进电荷提取提高光催化析氢策略


[0001]本专利技术涉及光催化
，具体涉及一种通用的界面工程促进电荷提取策略及Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2纳米复合材料制备方法，以及该策略促进电荷提取用于高效光催化制氢中的应用。

技术介绍

[0002]在基于半导体的光催化分解水中，通常会引入Pt、Ru、Rh和Pd等金属助催化剂来触发催化反应。助催化剂/半导体异质结会产生内部电场，从而促进电子
‑
空穴对的分离，加速载流子从半导体迁移到助催化剂。电荷提取效率很大程度上取决于异质结界面的势垒，它决定了光催化剂的表面电荷状态，直接关系到反应物分子的吸附和活化。以往的实验和理论研究中大多关注助催化剂的内在活性，而异质结构中的电荷转移通常被忽视。
[0003]通过密度泛函理论(DFT)计算预测出金属Cu、Rh等嵌入Pt/TiO2光催化剂的界面可以作为能量泵促进电子提取。但是这些金属(亚纳米)纳米粒子非常不稳定，并且在实验中很容易氧化。因此，这种分层结构的实际构型以及这种策略对光催化性能的影响仍不明确。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]为解决光催化领域如何提高电荷提取效率和光催化性能等问题，本专利技术提供一种通用的界面工程促进电荷提取策略。Pt/TiO2(P25,Degussa)因其对析氢反应(HER)的优异活性而被用作模型光催化剂。以Cu为例作为Pt助催化剂和TiO2之间的夹层引入，并以氧化Cu
+
的形式稳定存在，可以在Pt/TiO2界面之间引入金属来促进电荷提取，从而提高光催化产氢活性。同时提供Pt/(Cu,Rh,Co,orNi)/TiO2纳米复合材料的制备方法及其在光催化制氢中的应用。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种上述通用的界面工程促进电荷提取策略以及 Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2纳米复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007](1)TiO2粉末浸入含有甲醇和去离子水的溶液中。将溶液用超声波连续超声处理，使TiO2粉末完全分散在甲醇溶液中；
[0008](2)将Cu(NO3)2·
3H2O前驱体溶液加入到TiO2溶液中；
[0009](3)通过原位光沉积工艺将混合溶液用氙灯照射，通过离心收集沉淀物，得所述Cu/TiO2；
[0010](4)将Cu/TiO2粉末均匀分散在含有甲醇和去离子水中的溶液中，通过光沉积工艺将H2PtCl6·
6H2O溶液作为Pt前驱体沉积在Cu/TiO2上，通过离心收集沉淀物，得所述Pt/Cu/TiO2；
[0011](5)在与Pt/Cu/TiO2样品相同的实验条件下，用RhCl3·
xH2O溶液、 Ni(NO3)2·
6H2O溶液和Co(NO3)2·
6H2O溶液代替Cu(NO3)2·
3H2O制得所述 Pt/Rh/TiO2、Pt/Ni/TiO2和Pt/Co/TiO2；
[0012]所述步骤(3)(4)均在通过循环冷却水将悬浮液的温度保持在298K，并抽空以完全去除溶解的空气下进行。
[0013]优选的，所述步骤(1)中TiO2粉末使用为Degussa P25或任何TiO2的一种。
[0014]优选的，所述步骤(1)中TiO2、Cu和Pt的质量比是1:(0.005～0.015)： (0.005～0.015)。
[0015]优选的，所述步骤(1)和(4)中甲醇溶液的甲醇和去离子水体积比是 (0.5～1.5):(3～5)。
[0016]优选的，所述步骤(3)和(4)中，通过原位光沉积工艺用氙灯照射时间为1～3 小时。
[0017]优选的，所述步骤(4)中Cu和Pt的摩尔比为(1～1.5):(0.1～1)。
[0018]优选的，所述所有步骤中，光沉积制备顺序可以改变。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供上述Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2在光催化制氢中的应用，具体为使用配有顶部辐照反应器的全玻璃自动在线痕量气体分析系统 (Labsolar
‑
6A,Perfectlight Co.，Beijing)进行光催化水解制氢测试。使用全光谱 300W氙灯作为光源，三乙醇胺作为牺牲剂，将Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2作为光催化剂分散于体系中，并使用带有热导检测器(TCD)的在线气相色谱系统 (GC 7920,Techcomp,China)收集并定量测量释放的析氢量。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2的制备方法中的所用原料易于购买且价格较低，同时制备方法简单，易于操作，便于大规模投入生产。另外，将本专利技术提供的通用界面工程促进电荷提取策略在光催化制氢领域中，其制氢效果相较于传统Pt/TiO2光催化剂有了较为明显的提高，4小时内高达1L g
‑1h
‑1，并且该类材料在光催化制氢过程中能够保持良好的循环稳定性。
附图说明
[0021]图1为实施例2制备的Pt/Cu/TiO2的球差电镜照片。
[0022]图2为实施例3制备的Pt/Cu/TiO2(1.0wt％Pt)的球差电镜照片。
[0023]图3为实施例5制备的PtCu/TiO2的球差电镜照片。
[0024]图4为实施例6制备的Pt/TiO2的球差电镜照片。
[0025]图5为实施例2、3、5和6制备光催化剂的光催化产氢量。
[0026]图6为实施例6和7制备光催化剂的光催化产氢比例。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步描述：
[0028]实施例1
[0029]本实施例提供一种Cu/TiO2的制备方法，包括如下步骤：
[0030](1)首先，将100mg TiO2粉末浸入含有10mL甲醇和40mL去离子水的溶液中。将溶液用强声波连续超声处理2分钟，使TiO2粉末完全分散在甲醇溶液中。
[0031](2)通过原位光沉积工艺将1.24mL的Cu(NO3)2·
3H2O溶液加入到TiO2溶液中。
[0032](3)通过循环冷却水将悬浮液的温度保持在298K，并抽空以完全去除溶解的空气。
然后在连续搅拌下用全光谱(300W Xe灯)照射2小时。
[0033](4)通过离心收集沉淀物，用去离子水洗涤一次，然后在30℃真空干燥 12小时，得到所述Cu/TiO2。
[0034]实施例2
[0035]本实施例提供一种Pt/Cu/TiO2的制备方法，包括如下步骤：
[0036](1)将Cu/TiO2粉末均匀分散在50mL含有10mL甲醇和40mL去离子水中的溶液中，通过光沉积工艺将0.265mL H2PtCl6·
6H2O溶液沉积在作为Pt前驱体的Cu/TiO2上。
[0037](2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用的界面工程促进电荷提取策略及Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2纳米复合材料制备方法，以及该策略促进电荷提取用于高效光催化制氢中的应用。2.如权利要求1所述的Pt/(Cu,Rh,Co,or Ni)/TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)TiO2粉末浸入含有甲醇和去离子水的溶液中。将溶液用超声波连续超声处理，使TiO2粉末完全分散在甲醇溶液中；(2)将Cu(NO3)2·
3H2O前驱体溶液加入到TiO2溶液中；(3)通过原位光沉积工艺将混合溶液用氙灯照射，通过离心收集沉淀物，得所述Cu/TiO2；(4)将Cu/TiO2粉末均匀分散在含有甲醇和去离子水中的溶液中，通过光沉积工艺将H2PtCl6·
6H2O溶液作为Pt前驱体沉积在Cu/TiO2上，通过离心收集沉淀物，得所述Pt/Cu/TiO2；(5)在与Pt/Cu/TiO2样品相同的实验条件下，用RhCl3·
xH2O溶液、Ni(NO3)2·
6H2O溶液和Co(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴方旭，邢军，王磊，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：