[发明专利]铂原子负载二氧化钛光催化材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铂原子负载二氧化钛光催化材料及其制备方法，光催化材料的制备包括步骤：1)将纳米二氧化钛分散在去离子水中形成二氧化钛分散液；2)将铂前驱体加入二氧化钛分散液中，使得铂的质量为二氧化钛的质量的0.3％～1.5％，搅拌混合均匀得到混合液A；3)将混合液A在光照下进行光还原反应，铂前驱体还原为铂单质并负载在纳米二氧化钛上，得到混合液B；4)将混合液B离心后获得沉淀，沉淀洗涤、干燥后得到铂原子负载黑色二氧化钛光催化材料。该方法控制铂前驱体的用量，使得铂均匀、高度分散地负载在二氧化钛上，通过采用原位光还原技术沉积铂原子，并通过控制氯铂酸的加入量来调控铂原子在黑色二氧化钛表面的存在形态，提高了光催化效果。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，涉及一种铂原子负载二氧化钛光催化材料及其制备方法。

背景技术

光催化技术是近三十年来发展起来的一种新兴技术，在能源和环境领域具有广阔的应用前景。二氧化钛是光催化技术中应用最广的一类光催化材料，由于其化学性质稳定、光催化效率高、环境友好等特点，被认为是光催化技术中最具应用前景的材料。然而，单原子概念的提出也得到了广泛的关注和研究，尤其是单原子贵金属因其高活性、低成本等优点被作为近年来的研究热点，并且，单原子沉积的载体也成为人们研究的对象。

传统的二氧化钛光催化材料为白色粉末，只能吸收紫外光，并被激发从而产生光生电荷，进而起到光催化氧化或者光电转换的作用，不能够完全利用太阳光中的绝大部分能源。

近年来，国内外很大研究者都在努力通过各种手段提高二氧化钛材料的全光谱吸收性能，并且有研究者发现通过二氧化钛自身Ti³⁺、氧缺陷的设计可以提高二氧化钛材料的光吸收性能，这类光催化剂由于其光谱吸收范围广、光催化活性高，因此具有良好的应用前景。然而表面具有大量Ti³⁺、氧空位的黑色二氧化钛对铂的沉积是有利的，其表面缺陷可以作为俘获电子的陷阱，促使电子和空穴的分离，加速界面电子转移，从而增加产氢量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂原子负载二氧化钛光催化材料及其制备方法，该材料具有良好的光催化产氢性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种铂原子负载二氧化钛光催化材料的制备方法，包括步骤：

1)将纳米二氧化钛分散在去离子水中形成二氧化钛分散液；

2)将铂前驱体加入二氧化钛分散液中，使得铂的质量为二氧化钛的质量的0.3％～1.5％，搅拌混合均匀得到混合液A；

3)将混合液A在光照下进行光还原反应，铂前驱体还原为铂单质并负载在纳米二氧化钛上，得到混合液B；

4)将混合液B离心后获得沉淀，沉淀洗涤、干燥后得到铂负载黑色二氧化钛光催化材料。

优选地，在步骤1)中，二氧化钛分散液中二氧化钛的质量浓度为0.5～1.25g/L。

优选地，在步骤1)中，所述纳米二氧化钛为浅棕色、棕色或黑色二氧化钛。

优选地，在步骤1)中，纳米二氧化钛是通过如下方法制备的：

A)制备质量浓度为0.3％～1.4％的抗坏血酸水溶液；

B)将三氯化钛加入抗坏血酸水溶液中，调节pH值为4.5～5，持续搅拌30～60min，得到黑色二氧化钛混悬液；

C)黑色二氧化钛混悬液在180℃下水热反应12小时，得到纳米二氧化钛混合液；

D)纳米二氧化钛混合液经离心、洗涤和干燥，得到纳米二氧化钛。

优选地，在步骤2)中，所述铂前驱体为氯铂酸、氯化铂或硝酸铂。