[发明专利]一种铂/二氧化钛纳米花复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铂/二氧化钛纳米花复合材料的制备方法，本发明制备的铂/二氧化钛纳米花复合材料由二氧化钛纳米花和铂纳米颗粒复合而成，其中二氧化钛纳米花提供大比表面积且富含大量氧空位。利用氧空位具备还原性使铂纳米颗粒均匀沉积在二氧化纳米花表面，两者之间具有紧密的界面接触。本发明的铂/二氧化钛纳米花复合材料是一种高效，稳定的光电转化材料，采用一步简单还原法，且还原铂离子过程不涉及任何还原剂，所述制备方法操作简单、环境友好，反应条件温和、能耗低、易于推广使用。

技术领域

本发明属于纳米材料和光催化技术领域，涉及一种在二氧化钛纳米花表面沉积铂纳米颗粒复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

光催化作为一种新兴的高级氧化还原技术，它具有使用能耗低、操作简单、无毒无害、无二次污染等优点，在开发利用太阳能，光催化分解水产氢气作为新型清洁能源等方面有着广阔的应用前景。随着近几年来纳米技术的发展，半导体光催化剂引起了人们的极大重视。

传统二氧化钛光催化剂由于其化学稳定性高、耐光腐蚀、氧化能力强、光催化反应驱动力大、光催化活性高，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的二氧化钛表面得到实现和加速，加之无毒、成本低，所以二氧化钛的光催化研究最为活跃。但二氧化钛光生载流子复合严重，导致其量子效率低，在很大程度上限制了二氧化钛光催化材料的大规模工业化应用。

在二氧化钛表面负载少量小尺寸铂纳米粒子作为共催化剂可以提高载流子分离效率，来获得高活性光催化剂，并且沉积的铂纳米颗粒与载体二氧化钛纳米花形成紧密界面，提高光生载流子的分离，促进光催化产氢的效率。实验表明所制备的二氧化钛纳米花富含的氧空位具备还原性，并且与铂离子反应时，两者之间发生电荷转移，所以利用二氧化钛氧空位还原性一步沉积铂纳米颗粒制备新型复合材料的方法，可以在铂纳米颗粒与二氧化钛形成紧密的界面，并且用这种方法还可以调控负载的铂量以及铂颗粒的尺寸，以提高光催化产氢效率。与传统的方法相比，该法操作简单、无毒、高效以及可大面积生产等优势。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，在二氧化钛纳米花表面沉积小尺寸金属铂纳米颗粒，解决了现有技术中二氧化钛光生载流子内部复合严重限制其光催化产氢效率低下的问题。

本发明采用如下技术方案：一种铂/二氧化钛纳米花复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：先将异丙醇加入到二乙烯三胺中，搅拌均匀，再加入二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯，异丙醇、二乙烯三胺、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的体积比为1260～2520:1～10:45～360，搅拌均匀，倒入反应釜中，200～220℃条件下，溶剂热处理24～36小时，洗涤，干燥。将得到产物以1～10℃/min升温速率升温达到稳定的退火温度，退火温度为425℃，退火时间为2小时，得到前驱体富氧空位二氧化钛纳米花材料。

步骤2：利用步骤1所制备二氧化钛纳米花的氧空位缺陷的还原性来实现铂纳米颗粒的负载，具体为：将100mg二氧化钛纳米花均匀分散在50mL去离子水中，再加入体积为0.297～0.5mL，含有2.97mg氯铂酸的氯铂酸溶液，然后水浴反应，水浴温度为80～100℃，反应时间为2～5小时，洗涤，干燥，得到铂/二氧化钛纳米花复合材料。

进一步地，步骤1中反应温度为200℃，反应时间为24小时。异丙醇、二乙烯三胺和二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的体积比为1260:1:45。

进一步地，水浴温度为80℃，反应时间为2小时。

一种铂/二氧化钛纳米花复合材料，所述二氧化钛纳米花由锐钛矿相的二氧化钛纳米片组成，二氧化钛纳米片厚度2～9nm。粒径2～4nm的铂负载于二氧化钛纳米片表面，形成异质结结构。

所制备的铂/二氧化钛纳米花复合材料作为光催化剂的应用：分解水制氢，分解水制氧，降解污染物，生物抗菌，光电分解水，有机物合成等其它纳米材料有关应用领域。