[发明专利]一种利用紫外光照射超临界流体制备纳米金属担载型复合光催化剂的方法

说明书

本发明属于功能材料制备技术领域，涉及一种利用紫外光照射超临界流体制备纳米金属颗粒并将其原位沉积在催化剂表面的方法。本发明将超临界流体技术与光沉积技术相结合，在光照还原前驱体生成纳米颗粒的同时，利用超临界流体优异的扩散性能和迁移能力，在超声或搅拌等外力的辅助之下，将纳米颗粒均匀地沉积在光催化剂表面，以制备纳米金属颗粒担载型高效光催化剂。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，尤其涉及一种利用紫外光照射超临界流体制备纳米金属担载型复合光催化剂的方法。

背景技术

提高光催化剂的光催化活性往往通过两条路径：一，通过抑制电子-空穴的重新结合，提高光生电子-空穴的分离效率来提高光催化剂的量子效率；二，通过改性使催化剂吸收波长向长波方向移动，扩大自然可见光的利用效率。以往的研究表明，金属颗粒表面沉积这一改性措施均是通过路径一来提高光催化剂活性的有效方法。金属表面沉积，其作用机理为当金属与半导体表面接触时，载流子重新分布，电子从费米能级高的光催化剂向费米能级低的贵金属流动，构成微电池，促进了光生电子与空穴的分离，进而提高了光催化活性。其中，金属颗粒的粒径尺寸及其分布均匀程度直接影响着贵金属担载型复合光催化剂的催化效果和制备成本。有研究表明，当铂金属颗粒尺寸为2-6nm之间时，铂负载的氧化钛催化剂的催化效能最强。金属颗粒担载方法主要有光沉积法、离子溅射法、溶胶凝胶法等。溶胶凝胶法和光催化沉淀法步骤简单，成本较低，但所沉积的纳米颗粒的尺寸往往大至几十甚至几百纳米，且很容易聚集堆积。离子溅射法所制备的纳米颗粒尺寸小且分布均匀，但需要大型设备，工艺复杂，成本较高。

氧化钛因其效率高、无毒性、成本低，成为了最常使用的光催化剂之一。近些年的研究发现，氧化钛纳米管、氧化钛纳米管阵列、多孔氧化钛、氧化钛薄膜等新材料由于具有更大的比表面积而体现出较常规氧化钛颗粒更为高效的光催化性能。但贵金属颗粒在多孔氧化钛孔道内部的渗透、在大面积氧化钛薄膜上的均匀沉积，成为了亟待解决的难点。

超临界流体的表面张力近似为零，具有超强的渗透力和穿透力，是均匀分散纳米颗粒的良好介质，曾将银等纳米颗粒均匀地分散在介孔材料孔隙中或均匀沉积在衬底表面。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有工艺贵金属颗粒在多孔氧化钛孔道内部的渗透、在大面积氧化钛薄膜上的均匀沉积困难的缺陷而提供一种利用紫外光照射超临界流体制备纳米金属担载型复合光催化剂的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用紫外光照射超临界流体制备纳米金属担载型复合光催化剂的方法，将金属颗粒前驱体置于超临界流体介质中，其在紫外光照下被还原生成纳米颗粒，得到贵金属纳米颗粒担载的复合光催化剂，在晶粒生长过程中，由于超临界流体优异的扩散性能和超声、搅拌等外力场相叠加，反应釜中传质的速度显著增强。传质速度的增强限制了晶粒的生长，使得生长出的金属颗粒具有较小的尺寸。于此同时，生长出的金属颗粒借助超临界流体介质的渗透性能及扩散能力，在超声或搅拌等外力的辅助之下，均匀地分散在光催化剂的表面或渗透沉积于其孔道结构内部，最终得到均匀担载了超小尺寸金属颗粒的光催化剂复合物。

作为优选，所述方法包括以下步骤：

(1)首先将光催化剂、纳米金属颗粒前驱体、牺牲剂加入高压反应釜中；

(2)加热反应釜，向釜中泵入流体至其超临界状态；反应釜温度和压力为所采用的超临界流体介质超临界点之上的任意一个温度和压力；

(3)打开高压釜上耦合的超声或搅拌设施，将纳米颗粒、前驱体及牺牲剂均匀分散于超临界流体中；超声或搅拌装置的工作方式为间歇工作或连续工作；