[发明专利]一种含氧空位钛酸锶光催化剂的制备方法

说明书

一种含氧空位钛酸锶光催化剂的制备方法，将单质金属负载在钛酸锶的表面得到单质金属/钛酸锶，然后，在还原性气体或惰性气体气氛下，低温煅烧得到单质金属/SrTiO_3‑x。本发明中负载的单质金属除了作为助催化剂之外，还能大幅度降低生成氧空位所需温度。如Pt/SrTiO₃在H₂/N₂混合气下150℃即可得到氧空位，反应条件温和、能耗低。制备的含氧空位光催化剂的制氢性能显著提高。

技术领域

本发明属于光催化剂材料制备技术领域，涉及钛酸锶制氢光催化剂的制备。

背景技术

人类社会的进步与工业的迅速发展使得能源消耗剧增，同时导致日益严重的环境污染。氢作为一种清洁、可循环利用、高燃烧值的化学燃料而引起人们广泛的关注。生产氢气的方法有多种，目前主要来源是天然气、石油、生物质和煤炭等，但这些方法需要消耗不可再生的化石燃料，同时还会产生温室气体二氧化碳，不利于环境保护。因此，寻找新的可再生的制氢方法成为人们关注热点。太阳能是取之不尽的一次性能源。利用太阳能光催化分解水制氢是理想的制氢方法。为此，人们一直在开发高效的制氢光催化剂。

在众多的催化剂中，钙钛矿型半导体光催化剂SrTiO₃由于具有稳定的结构和优良的光催化性能而备受关注。在SrTiO₃表面生成氧空位，有利于光生电子被SrTiO₃表面氧空位俘获，从而防止了光生电子与空穴的复合，能提高SrTiO₃的光催化性能。但是由于SrTiO₃晶体结构稳定，氧的结合能比较高，氧空位极难生成。目前SrTiO₃得到氧空位的条件十分苛刻，需要在还原气氛或高真空下高温（800℃以上）煅烧，或高温高真空下Ar⁺离子束溅射。为了降低氧空位SrTiO₃制备温度，Tan等通过将NaBH₄和SrTiO₃混合煅烧，300℃即可得到氧空位。但NaBH₄成本高，限制了实际应用。因此，需要开发低成本、反应条件温和的氧空位SrTiO₃制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氧空位钛酸锶光催化剂的制备方法，在钛酸锶表面生成氧空位。

本发明所述的氧空位钛酸锶组成为SrTiO_3-x，x表示钛酸锶表面失去氧生成氧空位的量。

本发明所述的一种含氧空位钛酸锶光催化剂的制备方法，其特征在于，将单质金属负载在钛酸锶的表面得到单质金属/钛酸锶。然后，在还原性气体或惰性气体气氛下，低温煅烧得到单质金属/SrTiO_3-x。

所述的单质金属包括Pt、Pd、Ru、Rh、Cu、Ni、Co或Fe。优选Pt。

所述的还原性气体为H₂或H₂/N₂混合气。在该气氛时，煅烧温度为150-400℃，优化的温度为200-300℃。

所述的惰性气体为N₂或Ar。在该气氛时，煅烧温度为300-500℃；优化的温度为400℃。

在光催化制氢反应，单质金属一般起助催化剂作用。本发明的优点是，单质金属除了作为助催化剂之外，还能大幅度降低生成氧空位所需温度。如Pt/SrTiO₃在H₂/N₂混合气下150℃即可得到氧空位，反应条件温和、能耗低。制备的含氧空位光催化剂的制氢性能显著提高。

附图说明

图1为实施例1中，光还原载Pt量0.50 wt%，H₂/N₂混合气气氛下，不同温度煅烧制备的Pt/SrTiO_3-x的XRD图。