[发明专利]一种双层核壳结构铂催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种双层核壳结构铂催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的双层核壳结构铂催化剂，包括核体和壳层，所述核体为二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层，所述二氧化钛层的组分包括锐钛矿二氧化钛；所述氧化石墨烯层负载有Pt。本发明提供的双层核壳结构铂催化剂用于水催化分解时，反应6h产氢量达到39.26mmol/g。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种双层核壳结构铂催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

TiO₂有光催化性能强、比表面大、长期稳定等多个优点，一直以来都受到广大研究人员的关注，但TiO₂的禁带宽度只有3.2电子伏，只能吸收相当于太阳光3～5％的紫外光来参与反应，因此影响了TiO₂的光催化性能。为提高TiO₂的催化活性，研究工作者们将TiO₂与贵金属，如Au、Ag和Pt等复合，利用贵金属与TiO₂费米能级的差异性，促使复合材料中的载流子发生迁移，提高氧化还原反应的速率，进而达到提高TiO₂的光催化活性的目的。

上述提及的复合材料相对于单纯的TiO₂而言，光催化性能有所提升，但若用于水催化分解反应，水催化分解生成氢气的速率仍不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层核壳结构铂催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的双层核壳结构铂催化剂具有较高的催化效率，适用于水催化分解。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双层核壳结构铂催化剂，包括核体和壳层，所述核体为二氧化硅微球；所述壳层由内而外依次包括二氧化钛层和氧化石墨烯层，所述二氧化钛层的组分包括锐钛矿二氧化钛；所述氧化石墨烯层负载有Pt。

优选的，所述二氧化硅微球的直径为100～150nm，所述二氧化钛层的厚度为45～50nm，所述氧化石墨烯层的厚度为3～5nm。

优选的，所述Pt在氧化石墨烯中的负载量为0.01～0.1wt.％；所述Pt的粒径为5～7nm。

本发明提供了上述技术方案所述双层核壳结构铂催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供碱性二氧化硅微球分散液作为碱性核体分散液；

(2)向所述碱性核体分散液中滴加有机钛源溶液，水解反应后得到单层核壳结构载体；

(3)将所述单层核壳结构载体依次进行研磨和焙烧，得到结晶态单层核壳结构载体；

(4)将所述结晶态单层核壳结构载体进行氨基修饰，得到改性单层核壳结构载体；

(5)向所述改性单层核壳结构载体的水分散液中滴加氧化石墨烯水分散液，进行包覆反应，然后将反应料液中的固体料进行洗涤，得到双层核壳结构载体；

(6)将所述双层核壳结构载体浸渍到铂酸水溶液中，进行Pt负载，得到双层核壳结构铂催化剂；所述铂酸水溶液包括铂酸、还原剂和聚乙烯醇。

优选的，所述步骤(1)中二氧化硅微球分散液中二氧化硅微球的浓度为0.1～0.2g/100mL；

所述碱性核体分散液的pH值为8～9。

优选的，所述步骤(2)中有机钛源溶液中的有机钛源包括钛酸正四丁酯；所述有机钛源溶液中，钛酸正四丁酯的体积分数为18～24％；

所述有机钛源溶液的滴加速度为0.4～0.6mL/min。

优选的，所述步骤(3)的焙烧温度为480～550℃，焙烧时间为1.5～3h。