[发明专利]一种光催化复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于催化材料领域，尤其涉及一种光催化复合材料及其制备方法。所述方法包括：1）将凝胶浸入至铜液中溶胀、冻干，再置于锰铜液中依次水热和冻干，得到Gel‑Cu‑Mn模板；2）将所述Gel‑Cu‑Mn模板置于硫酸氧钛溶液中浸渍，至溶液变为白色乳液、再变成澄清后完成Ti负载，得到Gel‑Cu‑Mn‑Ti前驱体，冷冻干燥、破碎过筛得到前驱体粉末；3）将所述前驱体粉末置于保护气氛中热处理，热处理完成后即得到光催化复合材料。本发明光催化材料中铜、锰和钛实现有效的复合，产生协同作用使得铜具备高效且连续的光催化转化还原二氧化碳的能力，具有较长的使用寿命。

技术领域

本发明属于催化材料领域，尤其涉及一种光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

CuO是一种典型的光催化活性材料，它能在光照下有效的将水溶液中CO₂还原为有机物，被广泛应用于光电催化领域。然而由于其导带电位覆盖了自身还原电位，导致其在光电催化还原CO₂时自身也会被还原，同时，其本身转化效率较低，需要与其他的半导体材料，在其上覆盖n型半导体制备复合电极用于光电催化，产生高效的光电催化转化CO₂的效果。但也因此极大的限制了其应用。

为此，为改善CuO的光催化效果，研究人员从不同的角度入手进行研发。常见的如采用MOFs方式形成金属有机框架材料，典型的有MOF-5、UiO-66和MIL-125系列等。但是，MOFs的光能团修饰较为繁琐，且其实际稳定性等均较为有效，保存难度较大。因而实际工业或环保应用中使用效果较为有限，无机光催化材料仍是最优的光催化活性材料选择。

发明内容

为解决现有的无机光催化材料实际光转化效率较低，需要制为电极以光电催化的形式进行二氧化碳还原，且还原效率低，无法有效再生等问题，本发明提供了一种光催化复合材料，以及其制备方法。

本发明的目的在于：

一、有效提高Cu系催化材料对于二氧化碳的光催化转化效果；

二、使得光催化材料实际具备良好的再生性；

三、提高光催化材料的应用领域，使其具备广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种光催化复合材料的制备方法，

所述方法包括：

1)以凝胶作为模板，将模板浸入至铜液中静置溶胀，随后进行冷冻干燥，冷冻干燥后置于锰铜液中进行水热处理，再次进行冷冻干燥，得到Gel-Cu-Mn模板；

2)将所述Gel-Cu-Mn模板置于硫酸氧钛溶液中，进行低温浸渍，浸渍过程中缓慢升温和/或保温至溶液变为白色乳液、再变成澄清后完成Ti负载，得到Gel-Cu-Mn-Ti前驱体，将Gel-Cu-Mn-Ti前驱体洗净后再次进行冷冻干燥，破碎过筛得到前驱体粉末；

3)将所述前驱体粉末置于保护气氛中热处理，热处理完成后即得到光催化复合材料。

在本发明方案中，以凝胶作为模板，采用模板法来提高产品的比表面积，并且相较于常规的水热法或电沉积法，采用模板法进行原位生长制备，能够最有效地获得具有特定微观结构且具备高比表面积的产物。同时，在本发明制备方法中，以氧化铜为目标产物，加以形成锰和钛氧化物协同配合，进而改善氧化铜在光催化条件下的材料活性。

这是因为，本身二氧化钛和二氧化锰均是一种光催化材料，其具有光催化活性。虽然其并不具备实际的二氧化碳转化活性，但是由于二氧化钛能够吸收环境中光电子的能量，将其自身电子激发至导带上，留下价带空穴形成光生电子空穴对，同时产生阴离子自由基激发二氧化锰，氧化锰接受自由基后具备一定的氧化性促进氧化铜的氧化再生，实现连续自生的催化还原二氧化碳产生甲醇，而另一方面，氧化锰氧化再生氧化铜的同时能够释放出能量，进一步促进氧化铜对于二氧化碳的催化转化效果，提高其光催化活性。