[发明专利]一种富含氧空位/AuCu合金的TiO2

说明书

本发明属于纳米材料领域，公开一种富含氧空位/AuCu合金的TiO₂纳米片光催化剂的制备方法，包括水热法制备TiO₂纳米片，油浴法制备种富含AuCu合金的TiO₂纳米片，并进一步通过氢气还原制取了种富含氧空位/AuCu合金的TiO₂纳米片。氧空位附近的Ti³⁺作为电子供体能够为光催化还原CO₂反应提供电子；Au能促进CO*中间体的形成；Cu能产生足够多的H*，有利于CO*向CH₄的转换。表面氧空位和AuCu合金的协同，使富含氧空位/AuCu合金的TiO₂纳米片光催化剂能够定向的将CO₂转换为高附加值的碳氢化合物。该材料可用于光催化还原CO₂制CH₄，这对清洁能源的开发具有重要的意义。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种TiO₂纳米方片的制备方法，具体说是一种富含氧空位/AuCu合金的TiO₂纳米方片及其制备方法与用途。

技术背景

二氧化钛(titanium dioxide，TiO₂)，作为一种被研究最广泛的半导体材料，具有价格低廉、性能稳定、储量丰富、无毒等特性，引起人们的广泛关注。然而，在实际应用中由于禁带宽度较大(3.0～3.2eV)，缺少调控反应途径的位点，造成了太阳能利用率严重偏低，导致其光催化性能较低。

近年来，富含氧空位的光催化体系在光催化还原CO₂方面显示出独特的优势。富含氧空位的TiO₂由于制备简单、成本低，一直是光催化减排二氧化碳的研究热点。氧空位附近的Ti³⁺不仅可以作为强电子供体为CO₂的还原提供大量电子，而且可以作为捕获和活化CO₂的反应位点，提高CO₂的吸附性能，降低反应所需的活化能。此外，表面氧空位可以调节催化剂的电子结构，扩大对入射光的响应范围，促进光生电荷的分离，进而提升催化剂的光催化活性。目前，国内外研究者在表面氧空位增强光催化材料还原CO₂性能方面开展了一系列卓有成效的工作。例如Huang等人制备了富含氧空位的蓝色TiO₂在光催化还原CO₂的过程中表现出了优异的性能。氧空位的存在增强了可见光吸收性能，提供了丰富的活性位点。基于这些优势， CH₄的生成速率为16.2mol·g^-1·h^-1，是单纯TiO₂的9倍(G.H.Yin,X.Y.Huang,T.Y.Chen,W.Zhao, Q.Y.Bi,J.Xu,Y.F.Han,F.Q.Huang.Hydrogenated blue titania forefficient solar to chemical conversions: preparation,characterization,andreaction mechanism of CO₂ reduction.ACS Catal.,2018,8,1009-1017.)。但是在CO₂还原过程中，会同时发生多种电子转移和反应路线，例如：CO₂+2H⁺+2e^-＝CO+ H₂O和2H⁺+2e^-＝H₂，因此还原产物主要以CO和H₂为主。这是由于表面氧空位附近的Ti³⁺只能为反应提供电子，而不能调节CO₂还原过程的反应路径和中间产物。因此，目前单一的表面氧空位位点很难同时实现CH₄的高产率和高选择性。因此，构建高选择性富含氧空位的 TiO₂光催化体系仍是一个很大的挑战。