[发明专利]利用液相还原制备高效产氢催化剂Au-HSTiO

说明书

本发明涉及一种利用液相还原制备高效产氢催化剂Au‑HSTiO₂的方法，属于纳米材料制备与应用技术领域。该方法是将Au纳米颗粒与具紫外光催化活性的高比表面积二氧化钛(HSTiO₂)复合作为光催化分解水产生氢气的催化剂，由于复合物发挥了Au纳米颗粒性能稳定，以及HSTiO₂安全无毒，接触面积大和紫外光响应等优点。使Au纳米颗粒与HSTiO₂之间发生协同作用，提高量子产率，拓宽了光响应范围。采用光解水制氢系统以及液相色谱仪对催化性能进行检测。本发明方法简单、环保、催化效果明显等优点；此催化剂对可见光催化分解水产生氢气具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备及应用领域，具体的说涉及一种Au-HSTiO₂复合结构催化剂的制备方法及该催化剂在可见光下催化水分解产生氢气的应用。

背景技术

随着全球经济的发展，能源问题成为全球范围内的重要主题。为了解决化石能源枯竭的问题，可再生能源和清洁能源的探索正引起越来越多的关注。氢气被广泛认为是一种高效的清洁能源，半导体光催化驱动水分解产生氢气也已经被广泛研究。尽管一些金属氧化物(TiO₂和WO₃)和非金属氧化物(CdS和Ta₃N₅)可以用于光催化分解水产生氢气，但是它们的光催化反应性能非常低，将贵金属沉积在半导体材料表面是一种有效的策略。

TiO₂作为光催化半导体材料具有以下优点。首先，TiO₂安全无毒。其次，TiO₂广泛存在于地壳中。第三，TiO₂价格便宜，生产成本低。值得注意的是，TiO₂的缺点也很明显。例如，TiO₂可以吸收大部分紫外线，但它只能吸收一小部分可见光，其光生电子很容易重组。在TiO₂表面沉积Au、Pt和Ag等贵金属，可以降低电子空穴的复合速率和转移光生电子。然而，这些方法存在以下问题。一是制备过程能耗大。二是制备工艺复杂，得到的产品较少。三是循环稳定性差。为了解决上述问题，提高TiO₂的光催化活性，研究人员提出了以下策略。Au在贵金属中稳定性最强，在反应中不易被氧化成为金属氧化物。因此，研究人员将Au纳米颗粒负载到半导体TiO₂表面形成复合材料。该策略可以有效地将TiO₂的光谱响应范围从紫外区域扩展到可见区域，从而协同提高光催化活性。同时，将二氧化钛比表面积增加，以暴露更多的活性中心。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的制备Au-HSTiO₂复合结构催化剂的方法，该方法简单易行，所制备的催化剂具有更强的光催化分解水产生氢气的效果。

本发明的目的是这样实现的：该催化剂的制备包括以下步骤：

(1)、高比表面积二氧化钛(HSTiO₂)的制备，将1.6g的F127[聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚(乙二醇)]加入30mL浓度大于99.9％的乙醇中，60℃下搅拌30分钟，转速为300rpm，使其充分溶解；再向溶液中依次加入0.7mL浓度大于99.5％的盐酸、2.3mL浓度大于99.5％的乙酸、3.5mL浓度大于99.5％的钛酸四丁酯继续搅拌30分钟，转速仍然为300rpm；随后将装有混合溶液的烧杯放入电热鼓风干燥箱中，60℃下烘干24小时后得到二氧化钛凝胶后将样品放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温到450℃，保温4小时，冷却后研磨得到高比表面积二氧化钛纳米结构。