[发明专利]一种锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面超细Pt纳米颗粒的分散方法

说明书

本发明涉及光催化领域，涉及一种锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面超细Pt纳米颗粒的分散方法。本发明方法通过对锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛进行表面微波超声处理，再光沉积Pt得到在锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面分散的超细Pt纳米颗粒(～3nm)，而未经表面处理的二氧化钛光沉积负载Pt得到的是在锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面分散的大尺寸(7～12nm)的Pt纳米粒子，并且进行微波超声处理后负载Pt的光催化产氢速率是未进行微波超声处理负载Pt的3倍，微波超声处理后负载Pt的锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛的产氢速率是微波超声处理前未负载Pt的23倍。本发明方法能使超细Pt纳米颗粒分散在锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面并且水分解产氢气速率有很大提升。

技术领域

本发明涉及光催化领域，具体涉及一种锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面超细Pt纳米颗粒的分散方法。

背景技术

自从1972年Fujishima和Honda在n型半导体TiO₂单晶电极上实现了水的光电催化以来，多相光催化技术开始引起世界各行各业科技研究者的极大关注，因此利用太阳能光催化制氢是解决能源危机和环境污染问题的重要途径之一。氢气作为21世纪最重要的清洁能源，被认为是最理想的燃料，科学家们想利用太阳光使水中的氢元素转换成氢气，而光催化剂的催化效率却一直不是很理想。研究者们通过在光催化剂表面加入助催化剂的方法来提高水分解产氢气速率，常用的助催化剂有Pt、CoO_x和NiO_x等，助催化剂的存在能够为水分解产氢气提供更多的催化活性位点并且能够增强空穴-电荷的分离。Pt作为最常用的助催化剂之一，经常使用光还原的方法沉积在二氧化钛表面，在这种情况下，Pt/TiO₂异质结构影响电荷转移过程从而促进电荷和空穴的分离，Pt的存在充当一个光催化活性位点，可以轻易地激发电子和质子从而实现光催化水分解生成氢气。截止到目前，未见有报道通过微波超声的方法处理锐钛矿/青铜矿混晶TiO₂表面并分散超细Pt纳米颗粒、提高水分解产氢速率的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面超细Pt纳米颗粒的分散方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛表面超细Pt纳米颗粒的分散方法，包括以下步骤：

使用微波超声装置对锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛进行表面微波超声处理，所述微波超声装置包括超声系统、微波加热系统以及反应容器；

在所述反应容器中加入0.1～1.5g锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛粉末后再加入50～400mL超纯水，设置所述超声系统的超声功率为500～2000W，超声脉冲频率为1:4～4:1，设置所述微波加热系统的微波加热功率为100～1000W，反应温度为50～80℃，反应时间为1～15小时，得到微波超声处理后的锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛；

随后对微波超声处理后的锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛进行Pt的光还原沉积。

在上述技术方案中，对微波超声处理后的锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛进行Pt的光还原沉积的具体步骤如下：

在反应器中加入0～100mL超纯水和0～100mL的甲醇作为空穴牺牲剂，使溶液的总体积为100mL；随后加入0.01～0.2g超声处理后的锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛，再向溶液中加入0.01～0.5mL质量浓度为0.1～5wt.％的氯铂酸水溶液；随后对反应器进行抽真空，并通入氮气作为载气；在太阳光模拟器下光还原沉积Pt于锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛纳米粒子表面，光还原沉积Pt的光照时间为0.5～5小时。

在上述技术方案中，所述锐钛矿/青铜矿混晶二氧化钛粉末是由下述方法制备得到：