本发明专利技术属于催化材料技术领域，尤其涉及一种Magneli相氧化钛的制备方法及其作为耐酸光电催化剂载体的应用。所述制备方法包括将氧硫化钛、聚乙二醇溶于纯水形成混合溶液，经室温搅拌、加热处理后，形成黄色溶胶，将黄色溶胶烘干，形成灰黑色前驱体，然后在950℃以上烧结，控制烧结温度和时间，制成粒径为10nm‑500nm的Magneli相氧化钛。本发明专利技术制备的Magneli相氧化钛具有优异的电化学稳定性和光电催化活性，可作为负载型光电催化剂载体，用于水裂解制氢等催化反应，降低成本，推进光电协同催化裂解水制氢领域发展。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化材料，尤其涉及一种magneli相氧化钛的制备方法及其作为耐酸光电催化剂载体的应用。
技术介绍
1、氢能因具有热值大、清洁等优势，是最具发展潜力的可再生能源之一。制氢是氢能应用领域的重要板块，水裂解制氢是氢气制备的重要途径。相比于碱性条件裂解水制氢，酸性环境下水裂解制氢所产生氢气纯度更高、制氢效率更高，故而酸性裂解水制氢是极具应用潜力的研究方向。然而，酸性环境裂解水制氢阳极催化剂稳定性、耐酸性较差，催化剂贵金属含量较大，且单纯水裂解制氢能耗较大。以上瓶颈问题阻碍了酸性环境裂解水的广泛应用，开发酸性稳定、兼具光电催化活性的非贵金属催化剂或低贵金属载量酸性水裂解催化剂是以上瓶颈问题的重要解决方案。
2、负载型催化剂对载体要求较高，首先，要求载体具有较小的粒径，小粒径意味着它的比表面积更大，能够负载更多活性物质；其次，要求载体要有比较好的导电性；再次，载体本身需要具备比较好的稳定性；最后，好的催化剂载体本身需要具备一定的光电流的响应性能。而普通氧化钛粒径较大，且导电性和光电流响应性能不佳，严重限制其作为光电催化剂载体的应用。
3、magneli相氧化钛是一系列具有tino2n-1(4≤n≤10)化学式的亚稳态氧化钛的统称，这类化合物具有优异的物理化学特性，酸性稳定性好、部分物相导电性佳，可作为酸性电裂解水催化剂的良载体。此外，magneli相氧化钛能带结构特殊，具有优异光催化特性。将magneli相氧化钛用作催化剂载体，有望制备出耐酸、高导电性、低成本、高活性的光电协同催化裂解水制氢催化剂。</p>4、然而，magneli相氧化钛由于处于亚稳状态，其制备方法对工艺参数要求苛刻，容易出现团聚等现象，制备出的magneli相氧化钛粒径过大，影响其导电性及稳定性，不利于其作为光电催化剂载体的应用，例如，现有专利如cn109019677a、cn105155039a、cn102642867b所制备magneli相氧化钛粒径较大(微米级)且粒径不可调控，无法满足光电协同裂解水制氢领域对催化剂大比表面积的要求；而现有专利如cn106277042a、cn113416070b可制备magneli相氧化钛物相单一，且烧结过程对h2浓度要求较高，为烧结过程引入了不安全因素。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何对magneli相氧化钛的制备工艺进行优化改进，使得制备出粒径小且可控，具有优异导电性、稳定性及光电流响应性的magneli相氧化钛，作为耐酸光电催化剂载体。
2、为实现上述目的，在第一个方面，本专利技术提供了一种magneli相氧化钛的制备方法，包括：
3、s1：前驱体合成：将氧硫化钛、聚乙二醇溶于纯水形成混合溶液，将所述混合溶液室温搅拌，加热处理后，形成黄色溶胶，将黄色溶胶烘干，形成灰黑色前驱体；
4、s2：烧结：将步骤1)所得灰黑色前驱体置于管式炉中，在氢氩混合气气氛中烧结，其中烧结温度为950-1200℃，即得magneli相氧化钛。
5、在优选的实施方式中，s1中，所述混合溶液中氧硫化钛浓度为130g/l-160g/l，聚乙二醇浓度为70g/l-310g/l。
6、在优选的实施方式中，s1中，所述混合溶液搅拌5min-30min。
7、在优选的实施方式中，s1中，所述混合溶液在45℃-70℃油浴加热1-24h。
8、在优选的实施方式中，s1中，所述黄色溶胶120-170℃常压烘干24-72h。
9、在优选的实施方式中，s2中，所述氢氩混合气中氢气浓度为3％-10％。
10、在优选的实施方式中，s2中，所述烧结的时间为0.5-4h。
11、在第二方面，本专利技术提供了由上述方法制备获得的magneli相氧化钛。
12、在优选的实施方式中，所述magneli相氧化钛的粒径为10nm-500nm，优选10nm-100nm。
13、在第三方面，本专利技术提供了所述magneli相氧化钛作为耐酸光电催化剂载体的应用。
14、在优选的实施方式中，所述耐酸光电催化剂用于水裂解催化制氢。
15、技术效果
16、magneli相氧化钛具有特殊带隙结构，可作为光催化的良催化剂载体；magneli相氧化钛酸性稳定性好、导电性好，可作为酸性析氧反应的优良催化剂载体。故而magneli相氧化钛有望成为光电协同催化剂载体，用于分散其它活性物质。magneli相氧化钛光电催化剂载体的研发可降低水裂解制氢成本与能耗，推进光电协同催化裂解水制氢领域发展。
17、本专利技术通过调整前驱体溶质配比、烧结时间、烧结温度等工艺参数，可缩小magneli相氧化钛粒径(10nm-500nm)、增大其比表面积，实现对magneli相氧化钛粒径的调控，制备出的magneli相氧化钛具有优异的导电性、稳定性(在2.0v(rhe)条件下稳定运行400h以上)和光电流响应性能，有利于推进其在催化等对粒径、比表面积有特殊要求领域的广泛应用。
18、本专利技术通过溶胶凝胶法结合煅烧法，可实现简易、规模化制备；通过改善溶胶前驱体成分、配比，可降低magneli相氧化钛烧结过程对h2浓度的需求。实现magneli相氧化钛的简易制备利于其工业规模化生产应用。
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【技术保护点】
1.一种Magneli相氧化钛的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，S1中，所述混合溶液中氧硫化钛浓度为130g/L-160g/L，聚乙二醇浓度为70g/L-310g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，S1中，所述混合溶液搅拌5min-30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，S1中，所述混合溶液在45℃-70℃油浴加热1-24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，S1中，所述黄色溶胶120-170℃常压烘干24-72h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，S2中，所述氢氩混合气中氢气浓度为3％-10％。
7.由权利要求1-6中任一项所述的制备方法获得的Magneli相氧化钛。
8.根据权利要求7所述的Magneli相氧化钛，其中，所述Magneli相氧化钛的粒径为10nm-500nm。
9.权利要求7所述的Magneli相氧化钛作为光电催化剂载体的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其中，所述光电催化剂用于酸性环境下水裂解催化制氢。
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【技术特征摘要】
1.一种magneli相氧化钛的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，s1中，所述混合溶液中氧硫化钛浓度为130g/l-160g/l，聚乙二醇浓度为70g/l-310g/l。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，s1中，所述混合溶液搅拌5min-30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，s1中，所述混合溶液在45℃-70℃油浴加热1-24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，s1中，所述黄色溶胶120-170℃常压...
【专利技术属性】
技术研发人员：种丽娜，刘一菲，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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