[发明专利]一种共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂及其制备方法，催化剂的原料按照重量份包括：介孔二氧化钛、碳纳米管、Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Sbsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Nbsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;。制备方法，具体按以下步骤进行：A1、准备原料；A2、取步骤A1的碳纳米管、Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Sbsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Nbsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;置于乙醇水溶液中，超声分散；然后向其中加入步骤A1准备的介孔二氧化钛，搅拌均匀，得到混合物；A3、晶化；A4、经骤冷处理、洗涤处理、干燥处理后，即得到共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂。本发明的催化剂，可以尽可能多地吸收可见光成分，吸收效率极大改善，且光生电子可快速运动到催化剂表面，有利于被氢离子捕获后形成氢分子，有效提高光解水制氢效率。

技术领域

本发明涉及共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂领域，特别是涉及一种Ta，Sb，Nb共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种超清洁二次能源，因具有燃烧热值高、可再生、清洁无污染、运输与存储方便等优点日益受到重视。目前，工业上化石燃料法制氢所占比重高达90％以上，但是化石燃料法制氢不能从根本上解决能源问题。开发利用太阳能光催化制氢的技术已成为全球瞩目的课题。用于光催化制氢领域的催化材料主要有TiO₂、硫化物及其固溶体类半导体化合物，以及新型的铌基、钽基和层状化合物等。其中，TiO₂由于其高效、低价、光稳定性高以及无毒等特点被认为是最有前景的光催化材料，但是由于TiO₂的禁带宽度较大(约3.2eV)，对紫外光的吸收效率较高，而对占太阳光能量的43％的可见光则无响应。目前主要采用价态和性质不同的元素对其进行化学修饰及调变，合成离子掺杂型(如Pd-TiO₂、C-TiO₂、F-TiO₂等)及复合型(如CdS/TiO₂、CuS/NiS/TiO₂、rGO-TiO₂等)光催化材料，以提高其在可见光下的制氢效率，但效果并不明显。

目前制约光催化制氢效率的关键问题之一是掺杂改性后光吸收成分很难覆盖全部波长的可见光，吸收效率改善不大，其次是光生电子传输速度慢，容易与空穴复合，其利用率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂及其制备方法，催化剂尽可能多地吸收可见光成分，吸收效率极大改善，且光生电子可快速运动到催化剂表面，有利于被氢离子捕获后形成氢分子，有效提高光解水制氢效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂，其制备原料按照重量份包括：80-85份的介孔二氧化钛，13-19份的碳纳米管、0.4-0.7份的Ta₂O₅、0.4-0.7份的Sb₂O₅、0.4-0.7份的Nb₂O₅。

一种共掺杂介孔二氧化钛/碳纳米管催化剂的制备方法，具体按以下步骤进行：

A1、准备介孔二氧化钛、碳纳米管、Ta₂O₅、Sb₂O₅、Nb₂O₅；

A2、取步骤A1准备的碳纳米管、Ta₂O₅、Sb₂O₅、Nb₂O₅置于乙醇水溶液中，超声分散；然后向其中加入步骤A1准备的介孔二氧化钛，搅拌均匀，得到混合物；