[发明专利]一种钛酸铅光催化剂用于增强光催化反应的方法

说明书

本发明涉及一种钛酸铅光催化剂用于增强光催化反应的方法，将钛酸铅光催化剂用于光催化反应的液相反应体系中，调控该液相反应体系的搅拌速率，通过利用流体机械能诱导压电极化，加上钛酸铅光催化剂本身固有的铁电极化，使钛酸铅光催化剂表观上形成宏观极化电场，以增强光催化反应速率。本发明通过引入耦合铁电极化和压电极化耦合的宏观极化，以此极化晶面选择性的提升光催化反应，将助催化剂选择性的沉积在最优位置，实现高效的光催化反应，在环境治理、光解水产氢、光电材料等方面有着潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种钛酸铅光催化剂用于增强光催化反应的方法。

背景技术

半导体光催化是一种很有前景的解决环境污染和能源短缺的技术，然而该技术的发展和实际应用严重受限于光生电子-空穴的严重复合所致的催化效率和光量子效率低等问题。传统的提升光催化反应的方法有提升半导体的结晶度、比表面积或暴露晶面、电子结构以及光电催化复合、半导体异质结复合，实验数据表明，通过铁电半导体调制的能带结构可以有效促进广生电子-空穴的分离、提升光催化反应表现，然而由于光激发所注入的载流子能够退极化铁电半导体所固有的铁电极化，因而铁电性促进的光催化反应仅能得到一定幅度的提升。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种钛酸铅光催化剂用于增强光催化反应的方法，通过利用耦合铁电性与压电性的晶面选择性增强光催化反应。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种钛酸铅光催化剂用于增强光催化反应的方法，将钛酸铅光催化剂用于光催化反应的液相反应体系中，调控该液相反应体系的搅拌速率，通过利用流体机械能诱导压电极化，加上钛酸铅光催化剂本身固有的铁电极化，使钛酸铅光催化剂表观上形成宏观极化电场，以增强光催化反应速率。

进一步地，所述钛酸铅光催化剂通过以下方法制备得到：将钛源分散在碱液中陈化，再加入铅源，用去离子水稀释后，经水热反应后得到具有圆滑切角的单晶钛酸铅。

进一步地，所述钛源为纳米氧化钛，所述铅源为醋酸铅或硝酸铅，所述铅源与钛源的摩尔比为1：1-1.25。

进一步地，所述碱液为浓度为8M的氢氧化钾溶液。

进一步地，水热反应的温度为180-220℃，反应时间为18-22h。

进一步地，所述单晶钛酸铅上沉积助催化剂，所述助催化剂为Au纳米颗粒、Pt纳米颗粒或Pd纳米颗粒，具体制备方法为：将金属前驱体水溶液分散在去离子水、无水乙醇以及单晶钛酸铅的分散液中，用氙灯辐照，即得到沉积助催化剂的单晶钛酸铅。

进一步地，氙灯的功率为300W，辐照时间为0.5h。

进一步地，利用外置数显磁力搅拌器施加不同的搅拌速率，利用流体机械能在钛酸铅催化剂表面施加压应力，以诱导压电极化形成强度受磁力搅拌转速调制的压电场。

进一步地，磁力搅拌器搅拌的转速为200-1200rpm。

进一步地，光催化反应在光功率密度为10-20mW·cm^-2的紫外光辐照下进行。

单晶结构本身具有统一的原子结构，因而铁电单晶体是具有压电性的。考虑到已经受铁电性影响的载流子分离程度已经达到极限，引入压电极化增强的宏观极化可以进一步促进载流子的分离程度，因而光催化反应速率可以得以再次提升，并且通过引入不同程度的压电极化，光催化反应的速率可以得到受控的提升。