[发明专利]一种用于光催化醇水体系产氢的催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于多相催化材料制备与应用技术领域，具体涉及一种用于光催化醇水体系产氢的催化剂及其制备方法，该催化剂是由RuO₂纳米粒子和高度分散的Ru单原子共同负载于锐钛矿相TiO₂花状球形纳米结构载体表面所构成的Ru/TiO₂催化剂；RuO₂纳米颗粒和Ru单原子共存能够有效调控催化剂的表面结构和电子结构，从而协同提升催化活性；花状TiO₂载体具有较大的比表面积，能够暴露更多的催化活性位；Ru助催化剂和TiO₂载体通过金属‑载体强相互作用牢固结合，保证催化剂具有良好的稳定性。本发明催化剂可以用于多相催化反应、氢燃料电池、能源化工、石油化工等多个领域。

技术领域

本发明属于多相催化材料制备与应用技术领域，具体涉及一种用于光催化醇水体系产氢的催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种具有高能量密度的清洁能源，基于半导体光催化技术利用太阳能驱动水分解生产氢气被认为是解决能源和环境问题的一种理想的可持续策略。将光催化分解水产氢与选择性有机氧化相结合，光生电子还原质子释放出氢气的同时光生空穴可以将有机分子氧化成具有高附加值的有机产物；并且两种产物自发地分离在气相和液相中，无需额外的分离步骤，从而可以实现太阳能燃料(H₂)与高附加值化学品的同时产生。然而，单纯半导体光催化材料的光生电荷复合率高且表面催化活性位不足，导致其光催化活性较低。在半导体表面负载金属助催化剂可以显著提高光催化性能。一方面，金属助催化剂不仅能捕获光生电子，提高光生电子空穴的分离和传输效率，而且可以作为优异的析氢活性中心，促进催化剂表面的质子还原，从而提高产氢效率。另一方面，金属-载体强相互作用可以有效调控光催化材料的表面结构和电子结构，优化反应底物的吸附活化，从而提高光催化剂的活性和产物选择性。

现有技术中，报道的金属纳米颗粒修饰半导体的光催化材料普遍存在金属负载量高、颗粒分散性差、金属-载体之间结合不牢固等缺点，导致光催化性能提高的程度以及金属利用率不能令人满意，并且金属助催化剂在长时间反应过程中容易脱落导致催化活性显著下降。

有鉴于此，有必要提供一种新的用于光催化醇水体系产氢的催化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的至少一个上述问题，提供一种用于光催化醇水体系产氢的催化剂及其制备方法。本发明催化剂由RuO₂纳米颗粒和Ru单原子共同负载于锐钛矿相二氧化钛(TiO₂)载体表面构成，其中TiO₂载体呈花状球形纳米分级结构，RuO₂纳米颗粒、Ru单原子和TiO₂载体经高温煅烧过程原位形成并通过金属-载体强相互作用牢固结合，保证催化剂具有良好的稳定性。该催化剂可以在模拟太阳光照射下催化醇水体系高效产氢，同时还可以高选择性地将某些醇转化成高附加值的醛。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于光催化醇水体系产氢的催化剂，该催化剂是由RuO₂纳米粒子和高度分散的Ru单原子共同负载于锐钛矿相TiO₂花状球形纳米结构载体表面所构成的Ru/TiO₂催化剂。

进一步地，上述用于光催化醇水体系产氢的催化剂中，Ru元素的质量分数为0.5-2wt.％。

进一步地，上述用于光催化醇水体系产氢的催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将二乙烯三胺、钛酸四异丙酯溶解于异丙醇中，然后将溶液转移到反应容器内，在180-200℃下反应20-36h，反应结束后冷却至室温，收集沉淀并进行洗涤、干燥，得到富含氨基的TiO₂-NH₂粉体；