[发明专利]一种溶胶凝胶法合成钛-铝二元氧化物催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种溶胶凝胶法合成钛‑铝二元氧化物催化剂的方法，由以下步骤组成：1)制备溶液体系PVP溶液稳定剂；2)钛‑铝氧化物共沉淀调碱；3)钛‑铝二元氧化物的晶化；4)钛‑铝二元氧化物的收集与表征。本发明制备方法简单，所合成的二元氧化物颗粒为纳米到微米级别，表面光滑。本发明成功合成了钛‑铝二元氧化物催化剂，有望提升催化剂的催化效率，降低催化成本，为催化剂材料的制备与合成提供新方法。本发明可以有效改善催化剂在低温下催化效率低的问题，在较低温度下依然有较高的催化效率。

技术领域

本发明属于催化材料领域，涉及一种溶胶-凝胶法合成钛-铝二元氧化物催化剂的方法。

背景技术

近年来，新的高性能催化剂是当今化工领域一直在探究的课题之一。其中金属氧化物作为催化剂，因其优良的性能已在各领域得到充分关注。相较于单一金属氧化物来说，混合氧化物化学和物理性能优于单一金属氧化物，因此其合成和应用越来越受到人们的关注。

其中，二氧化钛是一种重要的n型半导体金属氧化物，具有强紫外光吸收、高折射率以及独特的电子特性，广泛应用于光催化、颜料和光伏电池。在这一领域中，TiO₂作为n型半导体，能够吸附紫外线，在光伏电池和废水处理等许多领域显示出价值。与此同时，对TiO₂的其他尝试仍在进行中，在TiO₂框架中掺杂外来金属离子或功能成分可能会产生新的性能。例如，Pd和Ag离子的掺入比纯TiO₂具有更高的光催化降解多溴联苯等有机污染物的活性。此外，当在纳米TiO₂中引入Nb或Cr等过渡金属时，所得到的材料提供了比纯TiO₂或商业炭黑更好的稳定性，显示出在质子交换膜(PEM)燃料电池中固定Pt的潜力。此外，金属掺杂TiO₂材料因其优异的多功能性能而引起了人们的广泛关注。

与此同时，在TiO₂结构中掺杂其他金属离子往往会产生混合氧化物，使其在不同领域的性能得到提高。例如Ti-Fe-O混合氧化物组成的纳米管，在光催化水电解方面表现出比TiO₂对应物更好的活性，这可能是由于TiO₂与氧化物晶格中的Fe₂O₃组分协同作用所致。目前，催化剂的合成与制备工艺有很多，但在催化剂的利用率、反应条件、仪器和环境保护等方面仍有很大的提高空间。

另一方面，对良性、安全和绿色节能生产的需求不断增加，要求今天的催化剂在较低温度下具有更高的活性和选择性。例如采用水热法制备Mn-Ce-Ti混合氧化物，对氮氧化物表现出较高的催化活性，其低温活性与许多其他单一金属氧化物或二元氧化物表现得非常相似。因此，从反应效率、能源效率和生产成本等方面考虑，开发TiO₂基混合氧化物是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备钛-铝二元氧化物的方法，解决了现有技术中存在的催化剂合成复杂、成本高、催化效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种溶胶凝胶法制备钛-铝二元氧化物催化剂的方法，具体包括以下步骤：

1)将PVP溶于10～30mL蒸馏水中，在25℃条件下持续搅拌30～60min，之后将其置于超声水浴中超声30～60min，得到A液；

2)将等摩尔的Ti(OBu)₄和Al(NO₃)₃·9H₂O按加入A液，搅拌5～10min后，再加入2～4mmol的碱，在25℃条件下搅拌1～2h，得到混合物B；

3)将该混合物B转移至反应釜(100mL)，晶化24～48小时，随后自然冷却，得到含有二元氧化物沉淀的混合液；

4)将固体收集离心，清洗烘干后，得到钛-铝二样氧化物催化剂。本发明进一步的改进在于：