[发明专利]一种可控修饰型钛酸锶光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备可控修饰型钛酸锶光催化剂的方法，属于光催化技术领域。

背景技术

虽然经过几十年的发展，光催化分解水技术已取得较大进展，但仍面临巨大挑战，特别是利用太阳光能分解水制清洁氢能源方面更是如此，其原因可能有：①催化剂可见光响应性能差、表面积小、透光率低，故而对可见光的捕获能力差，受可见光激发所产生的光生电子-空穴对数量少，导致其活性难以提高；②光生电子-空穴在催化剂本体的快速复合；③光分解水产生的氢气和氧气在催化剂表面的原位逆反应重新生成水分子。针对上述问题，李灿院士课题组(NatureCommun.,2013,4,1432)通过选择性沉积法将氧化、还原助催化剂分别担载在BiVO₄的不同晶面，实现了助催化剂的分离，这种助催化剂空间分离结构提高了光生电荷分离效应，可将光催化性能提高两个数量级。Wang等(Angew.Chem.Int.Ed.，2013,52,11252)采用利于收集电子用以产氢的Pt助催化剂和利于富集空穴产氧的IrO₂或CoOx助催化剂对球型催化剂内壁和外壁进行可控修饰，形成了助催化剂空间分离结构，使光生电子和空穴快速分离并传输到表面，抑制了电子-空穴对的复合，同时使产生的氢气和氧气分别在催化剂内外壳层富集，大大减小了逆反应，提高了光解水效率。因此，光催化剂中构筑多级孔结构，并对所构筑的孔道进行可控修饰，在有效提高催化剂表面积的同时实现催化剂的分区域可控修饰，构筑助催化剂空间分离结构，有利于明显改善光催化性能，有望突破当前可见光催化活性难以提高的瓶颈问题。钛酸锶以其独特的物化性质，展示了优良的液相光催化性能，是一种极具开发潜质的光催化材料，故该研究具有非常重要应用价值。

发明内容

本发明提供一种制备可控修饰型钛酸锶光催化剂的方法。本发明所述方法是通过以有机化合物和可溶性无机盐为双模板剂，采用改进的聚合诱导胶体聚集法使双模板在催化材料中的分布处于交替分布状态，在钛酸锶材料中构建多级孔结构，同时利用双模板剂的性质不同对所构筑的孔道采用氧化、还原助催化剂进行分区域可控修饰，从而得到氧化助催化剂与还原助催化剂空间分离的结构。这种助催化剂空间分离结构可加速光生电子和空穴分离和向表面传输，抑制了电子-空穴对的复合，提高量子效率，从而有效的改善其光催化活性。

本发明的技术方案为：

一种可控修饰型钛酸锶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将钛酸丁酯与冰乙酸混合均匀得到体积浓度为20％～60％钛酸丁酯的乙酸溶液；

2)在搅拌下，向步骤1)得到的溶液中加入去离子水，搅拌形成澄清透明溶液A，其中，溶液A中Ti⁴⁺浓度为0.5-2.0mol/L；

3)将碳酸锶、碳酸镍和碳酸镧分别加入到去离子水中，形成质量浓度为10～40％悬浊溶液，然后将浓度为55％柠檬酸溶液搅拌下加入到上述碳酸盐的悬浊液中，得到溶液B；

其中，摩尔量镍和镧之和为锶的0.01～10％，摩尔比镍：镧＝1：1；柠檬酸溶液的加入量为使溶液pH值为1～4；

4)将溶液B滴加到溶液A中并搅拌均匀，然后加入聚乙二醇，搅拌条件下水浴65℃恒温密闭搅拌4h，然后加入pH值调节剂使溶液pH值为5-10，再向体系中加入琼脂，再升温至95～100℃，待琼脂全部溶解后再加入可溶性无机盐，继续搅拌5～20分钟后停止加热，空气中冷却至室温得到块状含水胶体，干燥后研碎，得到干凝胶粉末；

其中，物料配比为：溶液A中元素锶、镍和镧的摩尔量之和，等于溶液B中钛元素Ti的摩尔量；琼脂的加入量为合成体系总含水量的1-10％，可溶性无机盐为熔点高于800℃的水溶性无机盐，其用量为合成体系总含水量的0.005-15％；所述的合成体系总含水量为溶液A、溶液B和pH调节剂中所含水量之和；聚乙二醇的质量为A溶液和B溶液总水量之和的10～70％；