[发明专利]一种空心球光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种空心球光催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的空心球光催化剂，包括空心球基体、负载在所述空心球基体内表面的Pt和负载在所述空心球外表面的助氧催化剂；所述空心球基体的材料为二氧化钛；所述助氧催化剂为氧化钴、氧化钌或氧化锰。根据实施例的记载，本发明提供的空心球光催化剂用于光催化分解水时，氢气生成量能最高可达225μmol/h/g。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种空心球光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

当今世界，能源短缺和环境污染日益严重。因此，探索一种新的绿色技术来解决上述能源和环境危机显得尤为迫切。众所周知，太阳能是当前世界上最丰富、最清洁、最有大规模开发前景的可再生能源之一。其中，半导体光催化技术备受国内外学者的关注。一方面，半导体光催化技术可以利用太阳能生产许多有价值化学燃料，例如光催化裂解水产生的氢气和二氧化碳还原生成的碳氢化合物等。另一方面，该技术可以通过光催化降解各种有毒有害的化学污染物来净化环境。

光催化技术面临的最大挑战是光催化性能的提升，这直接决定了太阳能转换系统的效率。光催化性能的提升依赖于光催化剂的设计，而光催化剂的设计可以合理地定制，以实现高效的光捕获、促进电荷分离和传输、加速表面反应。其中，空心球催化剂由于独特的特性，在光催化剂设计中具有许多优点，包括改善了光散射和捕获，缩短了电荷迁移和定向电荷分离的距离，以及丰富的壳层表面反应位点。然而，空心球催化剂仍存在较高的光生载流子复合率。因此，提升空心球催化剂的光催化性能仍面临着重大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心球光催化剂及其制备方法和应用，所述空心球光催化剂具有优异的光催化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种空心球光催化剂，包括空心球基体、负载在所述空心球基体内表面的Pt和负载在所述空心球外表面的助氧催化剂；

所述空心球基体的材料为二氧化钛；

所述助氧催化剂为钴的氧化物、钌的氧化物或锰的氧化物。

优选的，所述空心球基体的粒径为400～700nm；

所述空心球的壳厚度为10～100nm。

优选的，所述Pt占所述空心球的质量百分比为0.1～10％。

优选的，所述助氧催化剂占所述空心球基体的质量百分比为0.1～10％；

所述助氧催化剂占所述空心球基体的质量百分比以所述助氧催化剂中的金属原子占所述空心球基体的质量百分比计。

优选的，所述二氧化钛包括金红石相和/或锐钛矿相。

本发明还提供了上述技术方案所述的空心球光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

在球形模板表面沉积铂离子，得到表面沉积有铂离子的球形模板；

将所述表面沉积有铂离子的球形模板、碱性溶液和钛源溶液混合后，进行煅烧，得到内表面沉积有Pt的空心球；

将所述内表面沉积有Pt的空心球在助氧催化剂源溶液中进行浸渍后，焙烧，得到所述空心球光催化剂；

所述助氧催化剂源溶液为钴源溶液、钌源溶液或锰源溶液。

优选的，所述煅烧的温度为200～1000℃，所述煅烧的时间为1～15h。

优选的，所述焙烧的温度为600～900℃，所述焙烧的时间为5～7h。

优选的，所述球形模板的材质为酚醛树脂；

所述球形模板的粒径为400～600nm。