[发明专利]一种Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Nb‑Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂及其制备方法和应用，本发明的光催化剂具有以下优点：1)本发明制备得到的光催化剂，与普通的光催化剂相比具有一维棒状结构，且能够有效提高材料的光催化产氢活性；2)本发明的制备方法简单，易于大规模商业生产；3)本发明制备得到的光催化剂可重复利用，所述Nb‑Rh共掺杂TiO₂纳米棒光催化剂可循环使用20次以上，其催化活性没有发生明显的下降现象；4)所述Nb‑Rh共掺杂TiO₂纳米棒光催化剂具有较高的催化活性，作为实例，Ti_0.996Nb_0.002Rh_0.002O₂纳米棒光催化剂的光解水产氢率高达7.58mmol/g·h，为同等条件下制备得到的TiO₂纳米棒的产氢率(0.039mmol/g·h)的194倍。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛目前是被公认的光催化反应效率最高的催化材料之一，由于煤、石油、天然气等矿石燃料的不断开发与利用，造成了能源的大量消耗和环境的严重污染，而氢气作为一种清洁能源如果能被人们利用，其将具有重要的研究意义。

光解水是指在太阳光的照射下将水直接分解为氢气和氧气，是一种利用太阳能产氢的有效方法，而如何用太阳能分解水制备氢气在全世界备受关注。其中，光解水催化剂起到了至关重要的作用。但现有的光解水催化剂通常在紫外光区有活性，而紫外光只占太阳光总能的4％，太阳光的大部分能量位于可见光区域，这部分能量却还没有加以利用。目前，直接利用太阳能分解水获取清洁能源的应用在国际上还很少。因此，研发出一种在紫外光和/或可见光下能够分解水的催化剂，能够大大提升太阳能利用效率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供了一种Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂，所述Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂是通过溶胶-凝胶和水热法制备得到的。

本发明的目的之二是提供了上述Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂的制备方法。

本发明的目的之三是提供了上述Nb-Rh共掺杂二氧化钛纳米棒光催化剂的应用，其可以用于在紫外光和/或可见光下光催化分解水制氢等领域。

第一方面，本发明提供一种Nb-Rh共掺杂TiO₂纳米棒光催化剂，所述催化剂为掺杂型纳米材料，微结构为一维纳米棒，其化学组成可表示为Ti_1-x-yNb_xRh_yO₂；其中，0<x≤0.1；0<y≤0.1。

优选地，1×10^-5≤x≤0.08，1×10^-5≤y≤0.08；还优选地，1×10^-4≤x≤0.06，1×10^-4≤y≤0.06；进一步优选地，3×10^-4≤x≤0.04，3×10^-4≤y≤0.04；更优选地，5×10^-4≤x≤0.02，5×10^-4≤y≤0.02。