[发明专利]一种光沉积制备二氧化钛负载的金催化剂的方法和应用

说明书

本发明提供了一种光沉积制备二氧化钛负载的金催化剂的方法，包括以下步骤：S1、将二氧化钛纳米晶在保护气氛中于300‑400℃进行高温煅烧，得到预处理的二氧化钛载体；或者，将二氧化钛纳米晶和第一金前驱体在水中进行沉淀沉积，取沉淀物在保护气氛中于300‑400℃焙烧，得到预沉积的二氧化钛载体；S2、将所述预处理或预沉积的二氧化钛载体与第二金前驱体分散成悬浮液，通过光照进行光沉积，得到二氧化钛负载的金催化剂。本发明方法制备的二氧化钛负载型金催化剂尺寸均一，并且较广尺寸区间内负载型金的尺寸精确可控调节，利于应用。

技术领域

本发明属于纳米催化技术领域，尤其涉及一种光沉积制备二氧化钛负载的金催化剂的方法和应用。

背景技术

近几年来，由于金(Au)纳米粒子在CO的低温氧化、烃类的部分氧化及不饱和烃的氢化等催化反应中展现出的优异性能，吸引了很多研究者的兴趣。此外，环境污染问题的日益严重，促使以TiO₂为主的光催化氧化降解污染物的技术被广泛应用。目前，许多研究主要集中于二氧化钛负载的金催化剂(Au/TiO₂催化剂)的光催化反应。其中，表面贵金属沉积法在拓宽TiO₂光响应范围、抑制电子-空穴对复合，提高光催化效率方面具有明显优势。理论上，Au纳米粒子表面等离子体共振效应能显著改善TiO₂的可见光响应性能，并且贵金属和TiO₂之间形成的肖特基势垒可实现光生电子在TiO₂和贵金属之间的高效转移，促进光生电子与空穴有效分离，从而提高TiO₂光催化能力。通过简易的方法制备出单分散性好、粒径可控的纳米金颗粒负载型催化剂，一直是研究者追求的目标。

传统的制备方法包括沉淀沉积、胶体沉积等，能制备出尺寸均一的负载型金催化剂，但尺寸可调区间较窄。自Kraeutler和Bard通过将锐钛矿TiO₂粉末和Pt前驱体的悬浮液一起光照后，成功地在TiO₂上得到了分散良好的Pt纳米颗粒以来，光沉积方法便备受关注。光沉积被认为是设计和制备高效光催化材料的一种经济实用的合成方法；相较于传统沉淀沉积、胶体沉积等制备负载型金纳米颗粒的方法，光沉积法目前仍处于发展阶段，依然缺乏成分调控的有效手段。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种光沉积制备二氧化钛负载的金催化剂的方法和应用，本发明方法制备的二氧化钛负载型金催化剂尺寸均一，并且较广尺寸区间内负载型金的尺寸精确可控调节，利于应用。

本发明提供一种光沉积制备二氧化钛负载的金催化剂的方法，包括以下步骤：

S1、将二氧化钛纳米晶在保护气氛中于300-400℃进行高温煅烧，得到预处理的二氧化钛载体；

或者，将二氧化钛纳米晶和第一金前驱体在水中进行沉淀沉积，取沉淀物在保护气氛中于300-400℃焙烧，得到预沉积的二氧化钛载体；

S2、将所述预处理或预沉积的二氧化钛载体与第二金前驱体分散成悬浮液，通过光照进行光沉积，得到二氧化钛负载的金催化剂。

优选地，所述二氧化钛纳米晶为锐钛矿TiO₂{100}纳米晶。

优选地，所述第一金前驱体和第二金前驱体均为HAuCl₄。

优选地，所述沉淀沉积的温度为55-65℃，pH值为7-7.5。

优选地，所述高温煅烧或焙烧在氩气气氛中进行，升温速率为1-3℃/min。

优选地，将所述预处理或预沉积的二氧化钛载体与第二金前驱体分散在醇水溶液中，随后在氙灯下光照并搅拌，依次经固液分离、干燥，得到二氧化钛负载的金催化剂。

优选地，所述氙灯为300W，所述搅拌时间为0.1-1小时。