[发明专利]一种SrTiO3负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口和经济的增长，环境和能源问题成为制约人类发展的两大因素。半导体光催化剂在还原CO₂方面具有独特优势，可以将CO₂转化为能源燃料，同时缓解环境和能源危机。与传统处理光催化还原CO₂相比，光电催化还原CO₂能够快速的分离光生电子和空穴，表现出较好的催化效率。

现有的SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂也是用简易的水热方法合成，制备出的材料主要有如下不足：1.现有的水热合成SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化主要是以粉末形式存在，其制备繁琐，利用率低，难以多次重复使用。2.现有的SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂主要是在光催化体系中还原CO₂，催化效率低，催化活性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂，其特点为，该光催化剂采用如下方法制备：

1)、在塑料容器中加入电解液，将钛片作为阳极，铂片作为阴极，施加15-25V的电压，刻蚀5-15h，以3-8℃/min的升温速度升温至350-800℃并煅烧1-3h得到氧化钛纳米管阵列；

2)、将制备好的氧化钛纳米管放入含有一定浓度前驱液的水热釜中，放入烘箱以100-300℃的温度反应5-15h；

3)、然后用0.1M盐酸清洗，于300-800℃条件下焙烧3-5h得到SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂。

作为本技术方案的进一步改进，塑料容器为烧杯，所述的电解液为30ml0.2MH₃PO₄和30ml0.4MNH₄F的混合溶液。

作为本发明的优选实施例之一，所述前驱液为0.04M的Sr(OH)₂溶液。

作为本发明的另一优选实施例之一，步骤1)中所施加的电压为20V。

也作为本技术方案的进一步改进，步骤1)中氧化钛纳米管阵列的制备条件是以5℃/min的升温速度升温至450℃煅烧2h。

同样作为本发明的优选实施例，在烘箱中以150℃的温度反应10h。

此外，步骤3)中最后的焙烧温度为600℃。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

1)、在塑料容器中加入电解液，将钛片作为阳极，铂片作为阴极，施加15-25V的电压，刻蚀5-15h，以3-8℃/min的升温速度升温至350-800℃并煅烧1-3h得到氧化钛纳米管阵列；

2)、将制备好的氧化钛纳米管放入含有一定浓度前驱液的水热釜中，放入烘箱以100-300℃的温度反应5-15h；

3)、然后用0.1M盐酸清洗，于300-800℃条件下焙烧3-5h。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种前述SrTiO3负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂于光阳极驱动的光电催化还原CO₂的应用方法。

本发明所述技术方案与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：上述技术方案中所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单，可以大批量的生产并且能够重复多次利用。同时，该光催化剂用于光阳极驱动的光电催化还原CO₂表现出较好的催化活性。

本发明是以钛片为基底制成的电极片，并将其作为光阳极应用到光电催化还原二氧化碳的体系中。首先，氧化钛是以纳米管的形式呈现，该形貌能够更好地提高催化效率从而提高催化活性。其次相比于现有文献中报道的SrTiO₃负载的氧化钛粉末体系，该方法制得的电极片制备过程较简便，有良好的化学稳定性可重复利用且无二次污染。最后SrTiO₃负载的氧化钛纳米管异质结光催化剂大多应用于光催化全分解水中，本技术方案证明其在二氧化碳还原中也表现出较好的活性以及催化效率。