[发明专利]一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法，属于光催化纳米材料的合成技术领域，所述的光催化剂具有很好的催化活性和稳定性；而且制备工艺操作简单，反应条件温和，所用试剂价格低廉。本发明以La源和Al源化合物按比例与SrTiO₃和SrCl₂均匀混合，在一定温度下热处理，再经大量水洗，除去多余SrCl₂，烘干后得到目标产物，得到的光催化剂为La,Al双金属离子共掺SrTiO₃，担载RhCrO_x和CoOOH作为助催化剂，其中La摩尔占比为1%~10%，Al摩尔占比为1%~10%，La和Al为等摩尔比，制备得到的光催化剂能够实现可见光下的纯水分解。

技术领域

本发明属于光催化纳米材料的合成技术领域，尤其涉及一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

半导体光催化在温和条件下能促成多类困难的化学反应有利进行，例如光催化降解有机物、光催化合成氨、甲醇及其它高附加值的化工原料，光催化分解水等，这被认为是一种将光子能量转化为化学能的关键技术。由于氢具有较高的燃烧热值和环境友好性，被认为是一种清洁的替代能源，2 mol的水分解可生成2 mol的氢气和1 mol氧气，在以光能源的利用为前提转化成可存储的氢能时，光催化纯水分解技术就以很高的水准可能替代化石燃料的纯粹消耗机制，因而成为研究热门。但是水分解反应是一个热力学上的“爬坡”过程，分解水占用的大比重能耗致使水分解产氢的策略无法大面积投入实际生产。

自从1972年Fujishima和Honda利用金红石型TiO₂阳极和铂阴极进行光电化学的水分解以来，人们一直致力于构建高效的多相光催化的研究。到目前为止，已经有大量的半导体光催化剂被研究出来，如硫化物(CdS)、氮化物(Ta₃N₅)和金属氧化物(TiO₂)等。SrTiO₃具有简单的立方钙钛矿结构，还原后为n型半导体，禁带宽度为3.2 eV。在研究早期，SrTiO₃已经被一些尝试证明可以作为光电极电解水产氢。截至目前，SrTiO₃基半导体材料又被证实可在无偏压下转化太阳能进行纯水分解。然而如何促进光生载流子的激发，以及载流子的分离和迁移效率的进一步提高，都是目前该领域研究是重中之重。

有许多手段用于改善材料的光催化活性，其中，元素掺杂是最常用的手段之一。许多研究表明SrTiO₃结构存在本征缺陷，Ti³⁺的存在降低了其催化活性；研究发现Rh³⁺金属离子掺杂可以提升SrTiO₃材料的光催化活性，但几次光激发循环后易导致Rh⁴⁺价态的形成，致使光催化活性降低；日本东京大学Domen等报导，Al³⁺单一金属离子掺杂SrTiO₃光催化剂展示了很高的光催化活性，但由于Al³⁺占据Ti位后，导致SrTiO₃基半导体整体电荷不平衡，从而造成催化活性和稳定性下降。而有研究表面，Sr²⁺阳离子位的金属离子取代，如La³⁺则有利于Rh³⁺掺杂到SrTiO₃晶体结构中并稳定其结构晶型，降低了形成能从而提高了析氢速率。

发明内容

本发明提供了一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法，所述的光催化剂具有很好的催化活性和稳定性；而且制备工艺操作简单，反应条件温和，所用试剂价格低廉。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂，所述光催化剂为La,Al双金属离子共掺SrTiO₃，并担载RhCrO_x和CoOOH作为助催化剂，所述La摩尔占比为1%~10%，Al摩尔占比为1%~10%，所述La和Al为等摩尔比，所述RhCrOx和CoOOH的担载量为1.0wt%。