[发明专利]一种高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂及其制备方法和应用。 

背景技术

环境和能源问题是当前全球面临的重要挑战之一，解决这一问题对我国实施可持续发展、保障国家安全、构建和谐社会具有极其重要的意义。光催化技术近十几年发展起来的一项污染物处理、光解水制氢的技术。具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点，在环境和能源方面具有非常重要的应用前景。近年来，各种光催化剂相继被报道出来。在其中主要以二氧化钛纳米颗粒为主。主要是因为二氧化钛作为p型半导体功能材料，其禁带宽度为3.2eV。相对于其它光催化剂具有更强的氧化还原能力、高化学稳定性和无毒等特性。被广泛应用于电子器件、传感器、光解水制氢、污染物处理。但是目前所普遍采用的制备方法仍存在工艺复杂、制备成本高、材料比表面积小，形貌不可调控等缺点，因此需探索新方法以快速清洁制备出无需使用贵金属负载的二氧化钛光催化剂，为进一步提高光催化效率提供新工艺新材料。 

微波化学合成法近年来已被广泛应用于纳米材料的合成。这主要是由于微波合成具有绿色环保、反应速度快、重现性好等优点。本专利通过压力微波水热法，利用微波对含有Ti源的水溶液进行快速均匀加热，在较温和的条件下快速在超长铜纳米线上生长出金红石相二氧化钛，形成良好的紫外光响应型光催化剂。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂及其简单易行、成本低廉的制备方法和应用。 

本发明高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂的具体的制备方法，包括如下步骤：将超长线状铜纳米线分散于水中，加入钛源，搅拌均匀，置于微波反应釜中，以13～30℃/min的升温速率升温5-10min，微波功率为800-1400w，初始压力为0-35bar，反应温度为140-200℃，反应时间为10-30min，冷却至室温后，洗涤到中性，离心并真空干燥，得高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂。 

上述方法制得的高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂，其特征在于，花状金红石团簇负载在超长线状铜纳米线上。 

上述方法中超长线状铜纳米线的制备的具体步骤为：将阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和有机胺类溶剂十六胺（HDA）于150-200℃条件下完全溶解，得到溶液A；将乙酰丙酮铜作为铜源完全溶于溶液A中，搅拌3～5分钟，得到的墨绿色溶液B，在溶液B加入镀有贵金 属铂的硅片作为催化剂，放入水热釜中，在140～200℃条件下反应5～20小时，冷却至室温，清洗3～5次，所得固体50-80℃真空干燥2-8小时，得超长线状铜纳米线。 

上述高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂的制备方法中，超长线状铜纳米线与钛源中钛的物质的量之比1:0.68～1：6，其中最优为1:1.45。 

上述高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂的制备方法中，所述的钛源包括硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛和三氯化钛，优选三氯化钛。 

上述高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂可用于分解水产氢。 

具体步骤如下： 

将高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂分散于水和空穴捕获剂的混合溶液中，除去反应体系内的空气，在氮气或惰性气体氛保护下紫外线照射1-1.5h，紫外线波长优选365nm。 

所述的空穴捕获剂包括甲醇、草酸钠、草酸铵、乙二胺四乙酸二钠和乙二胺四乙酸四钠，优选甲醇。 

本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：采用在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用QuantaChrome Nova 4000e型自动物理吸附仪测定样品的比表面积 和孔结构；采用日本Hitachi S-4800型扫描电子电镜获得的扫描电镜照片；采用日本JEOL JEM-2100型透射电子显微镜获得的透射电镜照片。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：本发明所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得。与目前需要用各种醇类及表面活性剂来控制氧化钛结构的醇热法相比，制备工艺简单、操作方便，产生的污染极少，合成的催化剂产氢量大，活性高，循环效率好，且无需负载贵金属助催化剂，大大降低了成本。本发明所制备的高产氢活性的金红石负载超长铜纳米线光催化剂无贵金属负载在365nm单色光下产氢效率达到了10.5%，大大高于商品P25粉末。 

附图说明