納米管負(fù)載型金催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非金屬元素氮摻雜TiO2納米管負(fù)載型金催化劑的制備方法。首先采用溶膠-凝膠法制備氮摻雜TiO2粉體，之后通過一步水熱法合成氮摻雜TiO2納米管載體，并以氯金酸為金源，硼氫化鈉為還原劑，通過還原沉積方式將金粒子負(fù)載于氮摻雜TiO2納米管載體上，從而合成氮摻雜TiO2納米管負(fù)載型金催化劑材料。通過改變合成條件對催化劑進(jìn)行微結(jié)構(gòu)調(diào)控，以實現(xiàn)負(fù)載型金催化劑的高催化活性。
【專利說明】一種非金屬元素氮摻雜了丨02納米管負(fù)載型金催化劑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型氮摻雜T12納米管負(fù)載型金催化劑，本發(fā)明還涉及制備該催化劑的具體方法及特點。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界，環(huán)境和能源問題是人類面臨的兩大挑戰(zhàn)。解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染問題是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。近年來，以半導(dǎo)體材料為催化劑的光催化技術(shù)為我們提供了一種有效治理環(huán)境污染和高效利用太陽能的綠色有效途徑。半導(dǎo)體光催化材料可以利用取之不盡、用之不竭的綠色太陽能處理環(huán)境中的毒害污染物，達(dá)到資源利用生態(tài)化的目的。同時它還可以利用太陽光直接分解水獲得廉價的氫氣，得到理想的清潔能源，從根本上解決人類當(dāng)前面臨的能源和環(huán)境問題。
[0003]在半導(dǎo)體光催化過程中，催化劑的選擇至關(guān)重要。在眾多光催化劑中，二氧化鈦以其無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光酸堿腐蝕、光催化活性高，價廉易得等優(yōu)點備受青睞。特別是一維中空T12納米管，集一維管狀結(jié)構(gòu)和T12自身優(yōu)異特性于一體，以其巨大的比表面積、高的沉降能力、較高的吸附分散能力及強(qiáng)的光散射特性等優(yōu)勢成為目前最活躍的研究對象之一。然而T12光催化劑的帶隙較寬，主要集中在紫外區(qū)域，太陽能利用率低；此外，單一T12光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對易復(fù)合，導(dǎo)致其光量子效率很低。這些缺點限制了 T12的實際應(yīng)用，因此提高T12的光響應(yīng)范圍及量子產(chǎn)率成為T12改性的主要工作。研究發(fā)現(xiàn)，非金屬摻雜是增強(qiáng)其光響應(yīng)范圍的有效辦法。自從2001年R.Asahi等首次用非金屬N摻雜T12并獲得了優(yōu)異的可見光活性和超親水性能后，掀起了非金屬元素?fù)诫sT12的熱潮，先后有C、N、F、P、S、B等一系列非金屬元素?fù)诫s的納米T12被合成。與02p軌道相比，N、C、S和P等非金屬具有能量相對較高的軌道，這些非金屬原子的2p態(tài)軌道和O的2p態(tài)軌道混合使得T12的帶隙變窄，從而產(chǎn)生對可見光的吸收。摻雜后的催化劑對光的響應(yīng)范圍擴(kuò)展至可見光區(qū)，能直接利用可見太陽光催化降解環(huán)境有機(jī)污染物。另一方面，貴金屬沉積是提高T12光量子效率的有效手段。這是由于貴金屬的添加能夠在二氧化鐵表面形成肖特基勢能，有效捕獲光生電子，從而抑制光生電子和空穴的復(fù)合，因此能夠大大提聞光量子效率。此外，貴金屬還具有表面等離子體共振效應(yīng)，能夠直接吸收太陽光中的可見光。將貴金屬沉積在二氧化鐵表面，在可見光的照射下，貴金屬會產(chǎn)生等離子體共振效應(yīng)，貴金屬上產(chǎn)生的光生電子躍遷到二氧化鐵上，從而使催化劑具有可見光活性。
[0004]基于此，本發(fā)明擬首先合成氮摻雜T12納米管，并以其為載體，氯金酸為金源，硼氫化鈉為還原劑，采用還原沉積方法制備氮摻雜T12納米管負(fù)載型金催化劑。通過對催化劑結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控以實現(xiàn)催化劑的高效催化活性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:
[0006]采用溶膠凝膠-水熱法制備氮摻雜鈦酸納米管。之后按比例將定量氮摻雜鈦酸納米管浸潰到氯金酸水溶液中，經(jīng)攪拌后滴加過量的硼氫化鈉水溶液，立即有紫色沉淀生成，繼續(xù)攪拌一段時間，之后經(jīng)離心、反復(fù)水洗后，馬弗爐中300°C焙燒，所得產(chǎn)物即為氮摻雜鈦酸納米管負(fù)載型金催化劑。
[0007]其中所述溶膠凝膠-水熱制備氮摻雜鈦酸納米管的制備方法為:將定量鈦酸丁酯與相應(yīng)量無水乙醇混合攪拌，記為A液；量取定量蒸餾水、尿素、冰醋酸、無水乙醇，混合攪拌，記為B液。將A液緩慢滴加至B液中，攪拌數(shù)小時至形成溶膠，陳化，干燥，500°C焙燒，得到摻氮T12粉末。將1.6g摻氮T12粉末與lOmol/LNaOH溶液密封在70ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，攪拌條件下于150°C反應(yīng)12h。離心，用蒸餾水洗至中性后，再用稀硝酸將溶液pH值調(diào)至2-3，攪拌12h后，離心水洗至中性，得到的絮狀物為摻氮鈦酸納米管。
[0008]本發(fā)明的基本原理是首先將含氮元素尿素溶入水中，通過鈦酸丁酯與水的水解和縮聚反應(yīng)制得含氮液體溶膠，并通過進(jìn)一步縮聚得到摻氮凝膠，凝膠經(jīng)干燥、焙燒得到摻氮納米T12粉體。之后通過一步水熱法合成摻氮T12納米管。在硼氫化鈉的作用下，氯金酸中的金離子被還原為金屬態(tài)的金納米粒子，并進(jìn)一步被負(fù)載到摻氮T12納米管載體上，從而合成摻氮T12納米管負(fù)載型金催化劑材料。

【具體實施方式】
[0009]為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表示的范圍。
[0010]實施例:
[0011]量取15mL鈦酸丁酯于60mL無水乙醇中，攪拌得淡黃色溶液，記為A液；稱取相應(yīng)量的尿素于15mL蒸餾水中，之后再加入15mL無水乙醇和7.5mL冰醋酸，攪拌，記為B液。于激烈攪拌條件下將A液緩慢滴加入B液中至溶膠形成，陳化12h，80°C烘干，馬弗爐中500°C焙燒3h，得到摻氮T12粉體。
[0012]將1.6g摻氮T12粉末與lOmol/LNaOH溶液密封在80mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，攪拌條件下油浴加熱至?150°C反應(yīng)12h。離心，去掉母液，用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性后，再用稀HNO3溶液調(diào)至溶液pH為2-3，繼續(xù)攪拌12h，離心水洗至中性，80°C烘干，馬弗爐中300°C焙燒2h，得氮摻雜T12納米管。
[0013]稱取2.0g氮摻雜T12納米管于一燒杯中，加入20ml蒸餾水，于攪拌中加入計算量的氯金酸溶液，室溫攪拌2小時，超聲0.5h，之后于攪拌條件下緩慢滴入過量的硼氫化鈉溶液，繼續(xù)攪拌至形成紫色沉淀。離心，用蒸餾水反復(fù)洗滌，干燥，得摻氮T12納米管負(fù)載型金催化劑。
【權(quán)利要求】
1.一種氮摻雜T12納米管，其特征在于:它是以通過溶膠凝膠法制備的摻氮T12粉體為原料，采用一步水熱法制備得到的白色絮狀物，并且此絮狀物需用蒸餾水反復(fù)洗至中性后再用稀硝酸調(diào)至PH為2-3后攪拌12小時，之后再水洗至中性，并經(jīng)過300°C焙燒2h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻氮T12粉體，其特征在于:A液中鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為1: 1，B液中蒸餾水與無水乙醇與酸的體積比為1:1: 0.5，且所加酸為冰醋酸。
3.一種氮摻雜T12納米管負(fù)載型金催化劑，其特征在于:將權(quán)利要求1所述的氮摻雜T12納米管加入到氯金酸的水溶液中，攪拌，超聲后，緩慢加入相應(yīng)量的硼氫化鈉，其中，硼氫化鈉加入量為過量。
【文檔編號】B01J27/24GK104437590SQ201410696214
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】安會琴, 吳婷婷, 原婷婷, 單娟娟 申請人:天津工業(yè)大學(xué)