[发明专利]一种TiO2负载的高分散金属催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类催化剂的制备方法，更准确地说，涉及一类用于光催化和多相催化反应的TiO₂负载的高分散金属（氧化物）催化剂的制备方法。 

背景技术

氢能，由于其零碳排放、高能量转化效率以及可重复利用等优点被公认为环境友好的清洁能源[J.D.Holladay,J.Hu,D.L.King,Y.Wang,Catalysis Today139(2009)244]。以TiO₂为代表的半导体光催化剂由于其高化学稳定性、良好的光电性质、低廉的价格和环境友好等优点被广泛应用于利用太阳能的光催化制氢反应中[A.L.Linsebigler,G.Q.Lu,J.T.Yates,Chemical Reviews95(1995)735]。自从1972年首次利用TiO₂电极光解水产氢以来[A.Fujishima,K.Honda,Nature238(1972)37]，越来越多的关注集中在利用半导体光催化剂在光催化分解水等方面。然而，由于TiO₂具有较大的禁带宽度，光诱导条件下载流子较高的复合概率，以及较低的太阳能转换效率等特点，在很大程度上限制了其在实际中的广泛应用。 

为了解决上述问题，对TiO₂光催化剂的修饰采取了很多方法，例如掺杂、光敏化、形成异相或异质结型催化剂等[温福宇，杨金辉，宗旭，马艺，徐倩，马保军，李灿，化学进展21(2009)2285]。对于异质或异相结的作用是指，当不同的半导体紧密接触时，在结的两侧由于能带性质的不同形成空间电势差，这种电势差的存在有利于电子和空穴的分离。例如商品化常用的Degussa公司TiO₂P25是由质量百分数80%的锐钛矿相和20%的金红石相TiO₂组成，正是由于两者间存在有利于电子传递的异相结，使光产生的电子和空穴能有效分离，从而使得其光催化活性明显优于纯相的锐钛矿相和金红石相TiO₂。异质结的存在同样能起到有效分离光生电子和空穴的作用，尤其当具有不同性质的两种半导体紧密接触时，如n型和p 型半导体接触形成异质结时，会使其各自费米能级发生相应的变化，最终达到一个稳态的接触面。一般常见的光催化剂是以二氧化钛或P25为载体，在其表面担载一定量的贵金属或金属氧化物。然而载体表面的性质对所形成的异质结型催化剂的活性具有重要的影响，这主要是由于载体表面的性质直接影响到金属或金属氧化物在载体表面的分布及颗粒大小，而金属或金属氧化物在载体表面能否均匀分布直接影响到在光催化反应过程中电子和空穴的转移效率，即直接影响到光催化活性；同时金属或金属氧化物颗粒的大小和分散程度决定了其与载体之间的接触面积，而两者之间接触面积的大小又会影响到电子和空穴转移的速率等。总之，在载体的表面能否形成均匀且较小颗粒尺寸的金属或金属氧化物对于形成异质结型催化剂的光催化活性具有决定性影响。现有文献中的制备方法在载体TiO₂上担载的金属氧化物颗粒都较大，如利用TiO₂纳米带为前驱物，通过加入联氨还原的方法将Cu²⁺还原为Cu₂O[L.Li,J.G.Lei,T.H.Ji,Materials Research Bulletin46(2011)2084]，或者将暴露（111）的八面体Cu₂O担载在二氧化钛纳米管上[L.Huang,S.Zhang,F.Peng,H.Wang,H.Yu,J.Yang,S.Zhang,H.Zhao,Scripta Materialia63(2010)159]，由于两者都具有较大的金属氧化物颗粒，难以形成有效的异质结界面，直接影响到电荷传递的速率以及催化剂的光催化活性。 

现有技术所使用的钛源一般为P25及用钛酸正四丁酯或四氯化钛通过水解的方法先得氢氧化钛，之后通过高温煅烧而得锐钛矿型TiO₂，无论是P25还是通过水解所得到的锐钛矿型TiO₂，最后都是通过高温煅烧所得，而载体表面存在的某些功能团通过高温煅烧后都会消失，并且得到的二氧化钛的比表面积都较小，因此在较小比表面积的TiO₂表面担载贵金属或金属氧化物，得到产物的分散性和均匀性会受到很大限制。 

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种TiO₂负载的高分散金属催化剂及其制备方法。