[发明专利]一种二氧化钛-铂-四氧化三钴三元复合光催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钛‑铂‑四氧化三钴三元复合光催化材料其制备方法。二氧化钛‑铂‑四氧化三钴三元复合光催化材料，以暴露{001}和{101}面的二氧化钛纳米片为载体，以铂和四氧化三钴纳米颗粒为共催化剂，铂颗粒负载在二氧化钛纳米片的{101}面上，四氧化三钴纳米颗粒负载在二氧化钛纳米片的{001}面上。其光催化分解水产氢效率高，并且共催化剂与二氧化钛结合紧密，长期使用稳定性良好，有效地解决了现有技术中光催化剂电子空穴极易复合导致光催化效率降低的问题。

技术领域

本发明涉及光催化材料合成技术领域，具体涉及一种二氧化钛-铂-四氧化三钴三元复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

随着现代技术的发展，能源危机和环境污染问题日益严重。为了解决上述问题，人们不断发展和创新各种方法，其中，最具有发展前景的就是直接利用丰富的太阳能资源转化为化学能，从而减少环境污染，解决能源短缺问题。近年来，半导体光催化分解水产氢技术以其清洁及低成本的特点，成为一种环境友好型绿色技术，它能够把低密度的太阳能转化为高密度的、可储存的氢能。该技术能够利用半导体光催化材料在太阳光照射下产生的光生电子和空穴，部分电子能够迁移到半导体表面，与水或水中的质子发生还原反应，从而产生氢气。

在众多的半导体光催化剂中，TiO₂因其优异的光催化活性、化学惰性、无毒等优点而备受青睐，因而得到了最广泛的应用。然而，TiO₂光催化分解水产氢时，光生载流子极易复合，这降低了TiO₂光催化分解水产氢的效率，从而限制了TiO₂的大规模应用与推广，因此，开发新型光催化材料，降低光生电子和空穴的复合率，对提高目前光催化分解水产氢效率具有重要意义。最近，人们发现，在二氧化钛表面沉积共催化剂能够显著提高光催化产氢效率。很多有效的共催化剂已经被用在了半导体光催化剂上，如还原型共催化剂(如Pt,NiO,Cu(OH)₂,MoS₂等)和氧化型共催化剂(如IrO₂,RuO₂,CoOx,MnOx等)，然而，研究表明，这两种共催化剂只有沉积在相对应的氧化面或者还原面时，才能最大限度地发挥作用，降低光生载流子的复合。因此，使还原型共催化剂和氧化型共催化剂选择性沉积，以显著降低光生电子和空穴的复合机率，进而提高光催化产氢性能，成为本领域的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种二氧化钛-铂-四氧化三钴三元复合光催化材料及其制备方法，所制备的复合材料表现出很高的光催化产氢活性和稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种二氧化钛-铂-四氧化三钴三元复合光催化材料，以暴露{001}和{101}面的二氧化钛纳米片为载体，以铂和四氧化三钴纳米颗粒为共催化剂，铂颗粒负载在二氧化钛纳米片的{101}面上，四氧化三钴纳米颗粒负载在二氧化钛纳米片的{001}面上。

按上述方案，所述的铂载量为0.5-3wt％，四氧化三钴载量为0.5-5wt％。

按上述方案，所述二氧化钛纳米片的长度为80nm-110nm。

按上述方案，铂颗粒尺寸为1-3nm，四氧化三钴颗粒尺寸为2～5nm。

提供一种二氧化钛-铂-四氧化三钴三元复合光催化材料的制备方法，步骤如下：

1)制备二氧化钛纳米片：将氢氟酸加入钛酸四丁酯中，搅拌使溶液混合均匀，然后水热反应，得到的沉淀经洗涤干燥后，在空气氛围中煅烧，即可得到暴露{001}和{101}面的二氧化钛纳米片；

2)制备表面沉积有铂纳米颗粒的二氧化钛纳米片：将氯铂酸溶于水和甲醇的混合溶液中，将步骤1)所得的二氧化钛纳米片加入该溶液中，充分搅拌并用氙灯光照，得到表面沉积有铂纳米颗粒的二氧化钛纳米片；