[发明专利]一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO2-xNx催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO_2‑xN_x催化剂及其制备和应用，催化剂是由铂颗粒和介孔氮掺杂二氧化钛构筑的团聚体；制备方法包括：钛硅复合氧化物凝胶制备，介孔TiO_2‑xN_x复合物溶液制备，铂纳米颗粒的悬浊液制备，复合化Pt/TiO_2‑xN_x催化剂制备；催化剂应用于以可见光为光源的光催化分解水制氢。本发明工艺和设备简单，易得，制备周期短，易于大规模生产；得到的催化剂比表面积高，且具有较高的可见光吸收范围，在可见光下分解水制氢的效率高。

技术领域

本发明属于可见光光催化剂及其制备和应用领域，特别涉及一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO_2-xN_x催化剂及其制备和应用。

背景技术

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一。此外，当今所用的常规能源均属于不可再生资源且日益枯竭，因此必须寻找新的能源。氢气正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。纳米二氧化钛是一种非常有效的光催化剂，但也存在着只能吸收紫外光、对太阳光占比40％的可见光不能利用等缺点。氮等非金属元素取代二氧化钛中的氧后，可将二氧化钛的光响应范围由紫外光拓展到可见光区，并表现出可见光催化活性。贵金属在半导体表面的沉积可以采用浸渍还原法。贵金属的沉积会大大提高光生电子的输送效率，并抑制光生电子和空穴的复合，提高半导体的光催化效率。已见报道的贵金属主要包括Pt、Ag、Ir、Au、Ru、Pd、Rh等，其中有关Pt的报道最多，效果也最好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO_2-xN_x催化剂及其制备和应用，该制备方法简单，工艺参数容易控制，得到的催化剂比表面积高，且具有较高的可见光吸收范围，在可见光下分解水制氢的效率高。

本发明的一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO_2-xN_x催化剂，所述催化剂是由铂颗粒和介孔氮掺杂二氧化钛构筑的团聚体，其中铂的负载量为0.5wt％-3wt％。

本发明的一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO_2-xN_x催化剂的制备方法，具体实施可分为三大步：第一步制备介孔TiO_2-xN_x复合物溶液；第二步是用微波法制备铂纳米颗粒的悬浊液；第三步是制备复合化Pt/TiO_2-xN_x催化剂，从而获得具有可见光光催化分解水特性的铂负载的氮掺杂二氧化钛介孔材料。具体包括：

(1)介孔TiO_2-xN_x复合物溶液的制备：用溶胶-凝胶法制备钛硅复合氧化物凝胶，钛硅复合氧化物凝胶经干燥、粉碎、过筛和煅烧(去除残留的有机物)后，氨气气氛下氮化(使二氧化钛部分氮化)，碱液洗(溶去其中的二氧化硅、过量氮)，水洗，干燥，得到介孔TiO_2-xN_x复合物，将介孔TiO_2-xN_x复合物与溶剂混合，超声，得到介孔TiO_2-xN_x复合物溶液，其中0<x<2，介孔TiO_2-xN_x复合物与溶剂的质量比为1:10～200；