[发明专利]单原子贵金属锚定缺陷型WO3

说明书

本发明属于光催化材料领域，更具体地，涉及一种单原子贵金属锚定缺陷型WO₃/TiO₂纳米管、其制备和应用。通过采用电化学还原对WO₃颗粒负载TiO₂纳米管进行改性，并通过对其进行电化学处理进一步负载单原子贵金属，改善其电子传输能力和空穴电子对复合表现，提高其光催化性能。WO₃颗粒表面氧空位稳定单原子贵金属，防止贵金属团聚使其失活，将材料应用于室内挥发性有机物的光催化降解，具有更高的降解效率和稳定性。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，更具体地，涉及一种单原子贵金属锚定缺陷型WO₃/TiO₂纳米管、其制备和应用。

背景技术

自1972年，日本科学家Fujishima和Honda首次发表在n-半导体TiO₂电极上发现水的光电催化分解的报道以来，TiO₂以独特的光学性质和较高光催化活性，在光学材料、光电化学和光电磁、光催化降解污染物等领域的应用中得到广泛的发展。1991年Iij ima等人发现了碳纳米管，由于其独特的结构和优异的性能，一维纳米材料(如纳米线、纳米管、纳米膜)受到了人们的广泛关注和研究。TiO₂纳米管阵列作为TiO₂的二维纳米材料，因其高度有序、尺寸可控的结构特征和独特的电子转移特性而引起越来越多的关注。与其他形态TiO₂纳米材料相比，TiO₂纳米管阵列有着更大的比表面积、更好的电子传输通道及吸附能力，因此可更好的提高光电转换效率、光催化性能等，特别是在管中修饰金属、非金属粒子或其他半导体氧化物材料，将会极大改善TiO₂的催化、光电及电磁性能。1999年Zwilling等通过阳极氧化法获得了具有高度有序阵列结构的TiO₂纳米管。目前，TiO₂纳米管的制备方法还包括溶胶-凝胶法、水热合成法以及磁控溅射法等。

然而，受限于TiO₂半导体本身较宽的禁带(3.2eV)，该半导体材料仅能利用波长在可见光区的太阳能资源，以及光催化难以避免的光生电子- 空穴复合问题，TiO₂纳米管的催化效率，特别是在可见光区的催化效率较低，因此大量的改性工作就此展开。主要包括贵金属的表面修饰、过度金属修饰及离子掺杂、非金属掺杂与共掺杂以及半导体复合等。

基于WO₃半导体材料禁带宽度低、无毒廉价等优点，2013年以来，大量的工作将WO₃负载于TiO₂纳米管上，以形成异质结，提高TiO₂纳米管基材料的响应波长，进而提高光催化效率。然而，由于不可避免的光生电子-空穴的复合现象，该材料的光催化性能始终不能达到实际生产的标准。

近年来，单原子催化剂作为一种新型的催化剂得到迅猛发展，单原子贵金属能将催化效率最大化，改善光催化剂的电子分布及传输、光吸收性能以及化学吸附能力，从而提高光催化效率，并应用于氧化和加氢等反应，然而，由于单原子的高表面能，单个原子通常是可移动的且易于团聚，使光催化剂失去活性，故在高效光催化剂的设计中，需要开发与单一金属原子具有强相互作用的合适载体。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单原子贵金属锚定缺陷型WO₃/TiO₂纳米管、其制备和应用，其通过采用贵金属单原子锚定缺陷型WO₃/TiO₂纳米管，防止单原子团聚，提高其光催化性能，由此解决现有技术中光响应型催化剂缺陷容量有限、对可见光的响应范围窄、贵金属单原子易团聚、光催化性能差以及易失活等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单原子贵金属锚定缺陷型WO₃/TiO₂纳米管复合物的制备方法，包括如下步骤：