[发明专利]一种制备金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的方法

说明书

本发明涉及负载型催化材料制备领域，具体为一种制备金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的方法。选择合适的钙钛矿材料作为基体负载贵金属颗粒，通过特定气氛中热处理，实现贵金属与基体以共晶格的外延界面相结合的方法，解决目前负载型贵金属催化剂面临的贵金属与基体界面电荷转移势垒高、金属‑载体相互协同效应弱等难题。根据目标金属的晶格参数，选用合适的钙钛矿型金属氧化物载体，通过浸渍法负载贵金属前驱体，然后经过控制气氛下的热处理，得到贵金属颗粒和金属氧化物基体共晶格外延生长的材料。本发明所采用的制备工艺简单、方法简便、操作过程参数易控制，所制备的催化剂应用场景不受限制，在催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及钙钛矿金属氧化物基体负载金属助催化剂催化材料的共晶格外延生长结构的研究领域，具体为一种制备金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的方法，通过该方法在特定气氛中热处理金属助催化剂负载型钙钛矿金属氧化物。

背景技术

许多钙钛矿氧化物(如：SrTiO₃，PbTiO₃，BaTiO₃，BiFeO₃等)具有结构简单、高的电子极化率和强电子关联性等优点，在传统催化、光催化、太阳能电池、锂离子电池、传感器以及存储器等领域引起广泛的关注和深入的研究。同时，部分钙钛矿氧化物材料在光催化方面的应用，普遍借助助催化剂的引入来提高光生载流子的分离效率，但是对二者之间的界面接触涉及甚少。因此，可控合成和筛选金属助催化剂和钙钛矿氧化物材料之间的界面结合程度，对定向研究金属助催化剂和钙钛矿氧化物材料之间的界面接触在催化反应中的应用起到关键性的作用。

目前研究重点主要是金属元素对于钙钛矿氧化物材料的掺杂，其大多集中在理论研究领域，其中Rh掺杂SrTiO₃钙钛矿氧化物产生的掺杂能级接近价带顶，减小SrTiO₃带隙，提高材料对可见光的吸收，改善光催化性能(文献1：Hsin-Chieh Chen et al,TheoreticalInvestigation of the Metal-Doped SrTiO3 Photocatalysts for Water Splitting,J.Phys.Chem.C)，同时过渡金属(如：V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo等)或过渡金属-氮原子共掺杂体系，也主要是研究异质元素的引入对能带结构和可见光吸收的影响(文献2：Yang Yang etal,Designing transition metal and nitrogen-codoped SrTiO₃(001)perovskitesurfaces as efficient photocatalysts for water splitting,Sustainable EnergyFuels)，这些理论研究只是单纯的研究异质元素的掺杂，并未对金属元素和钙钛矿氧化物之间的界面接触进行探讨。同时，在光催化反应中依然需要助催化剂的加入辅助提升光生载流子的分离和传输，且异质元素的掺杂在体相中引入大量的复合中心，不利于实现光生载流子的快速分离，且制备过程相对复杂，不利于大量制备。因此，发展一种能实现金属助催化剂和钙钛矿氧化物共晶格外延生长的制备方法，实现助催化剂原位引入的同时，构建金属助催化剂和钙钛矿氧化物共晶格结合界面，在光催化反应中对光生电荷的分离具有重要的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的方法，利用浸渍法(或光沉积法)将金属盐负载到钙钛矿氧化物，通过气氛控制的热处理，实现金属助催化剂在钙钛矿氧化物表面的共晶格外延可控生长，解决了钙钛矿氧化物作为功能材料所面临的光生载流子分离效率差、导电性低的不足等问题。

本发明的技术方案是：

一种制备金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的方法，选用合适的金属盐前驱体和钙钛矿金属氧化物载体，浸渍混合或光沉积得到金属负载型钙钛矿金属氧化物，经干燥后，在氨气气氛下加热处理，得到金属助催化剂和钙钛矿金属氧化物共晶格外延生长的材料，并实现载流子的高效分离，提高光催化性能。