[发明专利]选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法

说明书

本发明属于材料与环境相关技术领域，其公开了一种选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法，其包括以下步骤：采用HF酸作为封端剂，通过溶剂热法制备{101}和{001}双晶面暴露二氧化钛晶体粉末；将所述二氧化钛纳米晶体粉末置于浓度为0～10mol/L的氢氧化钠溶液中搅拌0～5小时后，再将溶液中的固体物质离心分离、水洗干燥以得到淡蓝色粉末；将所述淡蓝色粉末、硝酸铜、氯铂酸粉末分散在去离子水内得到混合液，再将所述混合液在80℃下搅拌12小时，直至将所述混合液蒸干以得到黑色粉末；将所述黑色粉末在空气环境下煅烧后，再在氢气气流中煅烧，以得到晶面选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂。

技术领域

本发明属于材料与环境相关技术领域，更具体地，涉及一种选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法。

背景技术

大量温室气体如CO2、CH4等的排放引起的温室效应已成为全球关注热点。近年来，由于人类生产活动引起的大气中的CO2浓度的增加已加速了温室效应。如何有效地控制CO2排放量已成为各国的当务之急，其中，利用光催化还原技术将CO2转化为甲烷、一氧化碳、甲醇等有机物是降低CO2排放的一种行之有效的方法，上述方法在降低CO2排放的同时还实现了CO2的资源化利用。光催化还原技术利用半导体材料作为光催化剂促进反应的进行，当能量高于半导体禁带宽度的光照射到催化剂的表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，进而形成具有很强活性的电子空穴对，使得CO2的还原反应得以进行。

二氧化钛由于具有光催化氧化能力强、耐光腐蚀、成本低廉、无毒等优点，而成为最为广泛使用的光催化剂，然而，二氧化钛光催化还原CO2依然存在转化效率低、产物选择性差的问题。大量研究表明：将铂铜合金纳米颗粒沉积在二氧化钛上可显著地增加二氧化钛光催化还原CO2的效率且可使CO2选择性地还原为CH4。同时，二氧化钛催化剂的这些特性与铂铜合金颗粒在二氧化钛的不同晶面上沉积的选择性密切相关，在二氧化钛的特定晶面上选择性地沉积铂铜合金颗粒对二氧化钛性能的提升作用尤为显著，因此对铂铜合金颗粒沉积的晶面选择性调控极为重要。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如申请号为201110184138.8的专利公开了一种碳掺杂二氧化钛负载铂铜合金催化剂的制备方法，该方法利用超声分散以将铂铜合金催化剂负载在碳掺杂二氧化钛上；然而，该方法无法控制铂铜合金颗粒在二氧化钛的不同晶面上的选择性沉积。相应地，本领域存在着发展一种能够选择性地在晶面上沉积铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法，其基于二氧化钛催化剂的工作特点，针对二氧化钛催化剂的制备过程中沉积铂铜合金颗粒的方法进行了设计。所述选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法通过控制氢氧化钠溶液的浓度及二氧化钛纳米晶体粉末在氢氧化钠溶液中的搅拌时间，以对双晶面暴露二氧化钛表面F离子浓度进行调控，进而改变二氧化钛晶面对铂铜合金前驱物的吸附性能，从而实现二氧化钛催化剂的晶面选择性地沉积有铂铜合金颗粒。此外，本发明提供的制备方法需要的设备简单，所需要的前驱体物质种类较少，合成方便、快捷，成本相对低廉，有利于工业化推广应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种选择性沉积有铂铜合金颗粒的二氧化钛催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用HF酸作为封端剂，通过溶剂热法制备{101}和{001}双晶面暴露二氧化钛晶体粉末；

(2)将所述二氧化钛纳米晶体粉末置于浓度为0mol/L～10mol/L的氢氧化钠溶液中搅拌0～5小时后，再将溶液中的固体物质离心分离、水洗干燥以得到淡蓝色粉末；

(3)将所述淡蓝色粉末、硝酸铜、氯铂酸粉末分散在去离子水内得到混合液，再将所述混合液在80℃下搅拌12小时，直至将所述混合液蒸干以得到黑色粉末；