[发明专利]一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用。所述红磷/钛酸锶异质结光催化剂采用红磷和钛酸锶制备，具体是红磷均匀附着在钛酸锶的(110)及(100)晶面上，形成红磷/钛酸锶异质结结构。本发明具有制备方法工艺简单，制备时间短，条件温和，成本低廉，可实现规模性生产，且本发明制备的红磷/钛酸锶异质结光催化剂通过形成异质结结构的方式增强了光生载流子的分离和传输效率，光谱响应拓宽至425nm‑780nm，红磷/钛酸锶异质结光催化剂的光催化水解产氢活性有了大幅度提高，循环稳定性好，异质结的形成，克服了红磷光生电子和光生空穴复合快的缺点，拓宽了钛酸锶的可见光响应范围，提高了光催化活性的有益效果。

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特别是一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用。

背景技术

社会进步需要能源的持续供应，化石能源的过度开采已经给地球带来了环境危机。因此，需要大力发展可再生能源，用可再生能源全面取代化石能源。氢具有较高的能量密度和燃烧值，是一种很有前途的清洁化学燃料。与其他方法相比，光催化分解水制氢是一种成本低、环境友好的方法。而开发高效的光催化剂一直科学界的目标之一。

钛酸锶(SrTiO₃)光催化剂是一种钙钛矿型三元氧化物，具有较强的氧化还原能力、良好的物理化学稳定性及环境友好等特点，在光催化各领域得到了广泛应用，如制氢/降解/光电催化等。但钛酸锶的带隙为3.2eV，仅响应紫外光，这极大地限制了钛酸锶在光催化领域的进一步发展。探索具有可见光相应的钛酸锶基光催化剂是满足未来能源需求的一个重要的目标。

通过更深入地研究发现，对钛酸锶进行改性处理如构筑异质结，可以拓宽其光响应范围，降低光生电子－空穴复合率，从而提高光催化活性。因此，钛酸锶基光催化剂异质结构具有重要的科学和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用。本发明具有制备方法工艺简单，制备时间短，条件温和，成本低廉，可实现规模性生产，且本发明制备的红磷/钛酸锶异质结光催化剂通过形成异质结结构的方式增强了光生载流子的分离和传输效率，相较于纯的红磷或纯的钛酸锶，光谱响应拓宽至425nm-780nm，红磷/钛酸锶异质结光催化剂的光催化水解产氢活性有了大幅度提高，循环稳定性好，异质结的形成，克服了红磷光生电子和光生空穴复合快的缺点，拓宽了钛酸锶的可见光响应范围，提高了光催化活性。

本发明的技术方案：一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂，所述红磷/钛酸锶异质结光催化剂采用红磷和钛酸锶制备，具体是红磷均匀附着在钛酸锶的(110)及(100)晶面上，形成红磷/钛酸锶异质结结构。

前述的红磷/钛酸锶异质结光催化剂中，所述红磷/钛酸锶异质结光催化剂：采用红磷和钛酸锶通过水热法原位合成制备，其中红磷与钛酸锶的摩尔比为0.125-1:1。

前述的红磷/钛酸锶异质结光催化剂的制备方法，包括有以下步骤：

(1)将红磷放入水中超声分散，得红磷悬浮液，为A品；

(2)将钛酸四丁酯溶解在乙二醇溶液中，得B品；然后在搅拌下，向B品中依次加入硝酸锶溶液和氢氧化钠溶液，得C品；

(3)将C品转移至反应容器中，进行水热反应，自然冷却，然后调节pH，得D品；

(4)在搅拌下，将A品加入D品中，混合均匀后，得E品，将E品进行水热反应，并自然冷却，采用去离子水和乙醇洗涤、干燥，即得红磷/钛酸锶异质结光催化剂。

前述的红磷/钛酸锶异质结光催化剂的制备方法中，所述步骤(1)中，将红磷放入水中超声分散5-15min，得红磷悬浮液，为A品；所述红磷悬浮液的浓度为1-2mg/mL。