[发明专利]贵金属金镶嵌于二氧化钛内部的中空结构光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及对一种二氧化钛中空球结构的制备以及改性方法，具体来说就是通过贵金属金的引入制备出金镶嵌的二氧化钛光催化剂的具体方法。

背景技术

自从进入二十世纪以来，伴随着现代工业的迅猛发展，能源和环境问题日益显现。这一问题已成为21世纪人类面临的两个主要挑战。构建环境友好型，清洁并且无污染的高效能源体系，以成为世界各国的主要研究焦点。太阳能因为作为可持续的清洁能源，越来越受到人们的广泛关注。早在二十世纪讨论世界能源问题中，托马斯爱迪生就曾提到“我愿意在太阳能上投资，它是一种巨大的能量，不要等到石油和煤等化学能源都枯竭之时才开发”。太阳源源不断地向地球输送能量约为180000TW，其中的50000TW的能量直接反射到外太空；只有82000TW的能量能够被地球吸收，并以热的形式放出。这其中，有36000TW被地球陆地上的植物进行光合作用而储备(Messinger J.,Catalysts for solar water splitting,Chemsuschem,2009,2(1):47-48)。

目前，当今社会平均每年消耗能量13-15TW，以此消耗速率计算到2060年消耗量将翻倍。人们对能源需求的不断提高与石油、煤等化石能源的日益枯竭形成了矛盾，太阳能必将在未来的能源体系中占据举足轻重的地位。目前，低于0.05％的能源来自于植物的太阳能转化，尽管这一速度仍在提升。因此，开发太阳能的转化、储存、利用的新技术尤为重要，最新的光电转化、太阳能的高效利用更加备受关注(Miller E.L.,On Solar Hydrogen&Nanotechnology,John Wiley&Sons,Ltd,2010,1-35；Lior N.,Energy resources and use:The present situation and possible paths to the future,Energy,2008,33(6):842-857)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对目前商用的P25比表面积小(50-70m²/g)，对自然光的吸收效率低，可见光下光催化活性低等特点，提供一种贵金属金镶嵌于二氧化钛内部的中空结构光催化剂及其制备方法，高比表面积，对光的吸收利用率更 高，并且这种方法具有简单易行、价格廉价和重复性好等特点。通过控制合成条件，将贵金属金纳米颗粒镶嵌于二氧化钛内部的中空结构中，由于表面等离子体共振效应，光激发生成的电子与空穴会朝两个相反的方向移动，这样可以有效减少电子与空穴的重组速率，因而有利于提高其光催化性能，在降解有机污染物等方面显示出商用催化剂所不具有的优良性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

贵金属金镶嵌于二氧化钛内部的中空结构光催化剂及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，称取等体积的原硅酸四乙酯和氨水均匀分散在由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，离心分离后得到的固体均匀分散在乙醇的水溶液中，并向其中加入表面活性剂羟丙基纤维素(HPC)并分散均匀，得到表面活性剂与二氧化硅的混合体系。

在所述步骤1中，选择搅拌或者超声实现均匀分散，时间至少2小时，优选为4—6小时。

在所述步骤1中，选择搅拌或者超声实现表面活性剂羟丙基纤维素的分散均匀，时间为30—60min。

在所述步骤1中，在乙醇的水溶液中，乙醇和水的体积比为(1—3)：1。

在所述步骤1中，在氨水中，氨的质量百分数为15—20wt％。

在所述步骤1中，去离子水和无水乙醇的体积比为(1—3)：6。

在所述步骤1中，羟丙基纤维素的质量和原硅酸四乙酯的体积之比为6：(0.6—0.8)，羟丙基纤维素的质量为mg，原硅酸四乙酯的体积为ml。

步骤2，称取等体积的柠檬酸钠水溶液和四氯金酸水溶液进行加热至90—95℃并混合均匀；

在所述步骤2中，选择搅拌或者超声实现混合均匀，时间为30—60min，优选35—45min。

在所述步骤2中，柠檬酸钠水溶液中柠檬酸钠的质量百分数为1wt％，四氯金酸水溶液中四氯金酸的浓度为10^-4mol/L。

在所述步骤2中，十六烷基三甲基溴化铵的质量为mg数量级，柠檬酸钠的体积为ml数量级。

步骤3，将步骤1得到的混合体系和步骤2得到的混合溶液进行分散均匀后，使用氨 水调节pH值为7-9；