[发明专利]一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用。本发明的单原子铑催化剂为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti_1‑xRh_xO₂，其中，0.001≤x≤0.1。本发明的制备方法为：将金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物混合均匀，然后在高温下煅烧，待冷却到室温后，即可得到单原子铑催化剂。本发明的制备方法具有工艺简单、生产设备要求低、可大规模生产的特点，并且得到的产物具有化学性质和物理结构稳定以及催化性能优异等优点，具有良好的大规模应用的前景；本发明的单原子铑催化剂催化剂可应用于光催化分解水制氢、二氧化碳还原、热催化、污染物降解等催化领域。

技术领域

本发明涉及一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

催化剂在工业生产中扮演着不可或缺的作用，为了获得更高的化学转化效率，研发更高效的催化剂一直是材料、化学领域的重点。近年来，单原子催化剂的相关研究受到了广泛关注。由于单原子催化剂具有独特的电子结构，更高的金属原子利用率以及更高效的传质通道，其表现出优异的催化活性以及具有选择性的催化活性位点。因此，单原子催化剂的优异性质使其被广泛应用于光催化产氢、热催化、污染物降解以及二氧化碳还原等领域。

单原子催化剂又分为负载型单原子催化剂和掺杂型单原子催化剂。与负载型单原子催化剂相比，掺杂型单原子助催化剂不但能改变催化剂表面的电子结构，还可以调控体相的电子结构，更有利于化学反应的发生。例如，在光催化材料中，选择合适的掺杂剂可以提高光催化剂对太阳能光谱的利用率从而提高光催化性能。

迄今为止，二氧化钛由于其化学性质稳定、价格便宜、催化性能优异等优点，在催化领域的研究最为广泛深入，在光催化、热催化等领域中展现出优越的性能。为了进一步提高二氧化钛的催化性能，单原子掺杂二氧化钛被进一步研究。目前报道的单原子掺杂二氧化钛催化剂的合成方法主要为溶胶凝胶法，质子交换法。此类方法合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料成本较高，限制了在工业生产方面的推广。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有的单原子掺杂二氧化钛催化剂存在合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料，成本较高从而限制了其在工业生产方面的推广等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单原子铑催化剂，为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti_1-xRh_xO₂，其中，0.001≤x≤0.1。

优选地，所述x的取值范围为：0.002≤x≤0.05。

本发明还提供了上述的单原子铑催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；

步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂。

优选地，所述步骤1中的含铑化合物为氯化铑、硫酸铑、硝酸铑、磷酸铑、醋酸铑、氯铑酸盐、氧化铑、碘化铑、锌酸铑、三苯基膦氢化铑和羰基合铑中的至少一种。

优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为固相研磨法。

优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为先在水热条件下搅拌混合后再固相研磨混合。

优选地，所述步骤2中煅烧的温度为600～1000℃，时间为6～10h。

本发明还提供了上述的单原子铑催化剂在催化反应中的应用。

优选地，包括在光催化分解水制氢、催化还原二氧化碳和污染物的催化降解中的应用。

优选地，所述的光催化分解水制氢的应用是在L-抗坏血酸作为空穴牺牲试剂、以Pt作为助催化剂的条件下进行的。