[发明专利]一种Pt/TiN高效光热协同催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Pt/TiN高效光热协同催化剂及其制备方法与应用。该方法包括：以TiN为载体，Pt盐为Pt的前驱体，通过浸渍法将Pt吸附在TiN表面；焙烧得到所述催化剂。该催化剂制备简单，可重复性高，一步空气焙烧将TiN颗粒表面层氧化成富含缺陷的TiO₂用于锚定Pt。该催化剂在光照下将TiO₂光催化、Pt的等离子共振、TiN的光热转化性能耦合，显示出高效的光热协同催化降解VOCs性能。当甲苯初始浓度为220 ppm，质量空速72000 mL g^‑1h^‑1，Pt的负载量为1%，光照12 min催化剂温度自发升至100˚C，甲苯降解率达100%，具有良好的稳定性，其性能明显优于Pt/P25。

技术领域

本发明属于纳米技术领域和光热催化领域，具体涉及一种Pt/TiN高效光热协同催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)作为大气中的主要污染物来源，不仅对生态环境造成污染，而且严重危害人体健康。如何经济、环保、高效地净化VOCs是一个具有需求导向的重要课题。因此迫切需要发展高效净化VOCs新材料和新技术。热催化和光催化是治理VOCs的有效方式。热催化是通过加热的方式提供能量达到反应所需的活化能，该方法降解充分且效率高，但是过程耗能大，降解成本高，不利于可持续发展。太阳能取之不尽，用之不竭，是最理想的能源之一。因此，光催化降解VOCs得到了人们的关注。但光催化效率低且易产生二次污染。经过多年研究，光催化技术离实际大规模应用仍有差距。

光热协同催化净化VOCs技术因其利用太阳能治理环境污染的绿色手段及优异的催化性能近年来受到关注。相比单一的光催化或热催化技术，光热协同催化不仅能同时利用光能和热能两大反应推动力，还可通过产生的协同效应增强反应效率。但是，目前光热协同催化净化VOCs的技术尚不成熟。大部分已报道的光热催化只是利用了光致热引发的热催化活性，如中国专利CN103331156A制备OMS-2纳米棒催化剂。而同一个催化剂仅在光照条件下同时发挥光致载流子催化+光热转化+光致热催化，集三种功能于一体的光热协同催化至今鲜有报道。主要原因在于光生载流子的分离速度与温度的关系是此消彼长。随着温度升高，热催化性能提高，而光生载流子复合速度加快，光催化性能相应降低。合理设计催化剂，调控其热催化与光催化的催化活性，真正实现光热协同催化性能并达到最大值，提高太阳能利用效率。

TiN是近年来发展起来的一种重要新型无机功能材料，表面性质和催化性能与铂族贵金属相似，导热性能良好且具有光热转化性能。TiN纳米颗粒具有部分金属的性能，在可见光波段和更长的波段能够产生表面等离激元效应，具有比以往报道过的光热转换材料更好的稳定性、更经济的价格、更低的毒性、更宽更强的光吸收等多重优点。TiN在空气中焙烧会在表面形成一层TiO₂（发挥光催化性能），其作为载体负载贵金属可降低反应温度真正实现高效的光热协同催化活性。

发明内容

本发明旨在克服现有的光热催化剂未能高效实现光热协同催化性能，提出了一种Pt/TiN高效光热协同催化剂及其制备方法与应用。所述催化剂其催化活性高效、稳定。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的Pt/TiN高效光热协同催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过浸渍法将Pt吸附在TiN表面：将可溶性Pt盐加入溶剂中，混合均匀，得到可溶性Pt盐溶液；然后将TiN加入可溶性Pt盐溶液中，超声分散均匀，浸泡处理，干燥，得到前驱体；

（2）将步骤（1）所述前驱体在空气中焙烧即得到所述Pt/TiN高效光热催化剂。

进一步地，步骤（1）所述TiN为纳米颗粒，粒径为20-50 nm。步骤（1）中，以TiN为载体，可溶性Pt盐为Pt的前驱体。

进一步地，步骤（1）所述可溶性Pt盐为氯铂酸、氯铂酸钾、硝酸铂或四氨合硝酸铂。