[发明专利]一种光电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光电催化剂及其制备方法，属于能源催化技术领域。本发明所述光电催化剂的制备方法首先通过电氧化法制备质地均匀分散、纯度高的TiO₂NTs，随后通过电沉积法在其表面沉积纯Pt，最终将制备的超薄CNNs复合前驱体材料，所述制备方法操作步骤简单，所用原料安全无毒，可实现工业化大规模生产。本发明还公开了所述光电催化剂的制备方法制备的光电催化剂，该催化剂为CNNs/Pt/TiO₂NTs复合材料，该产品相比现有材料具有光电催化活性强、对可见光的响应度高以及催化效率高的优点。

技术领域

本发明涉及能源催化技术领域，具体涉及一种光电催化剂及其制备方法。

背景技术

光电催化剂因其可在光电协同催化反应下分解水制备氢，同时具备反应条件温和、耗能低等独特优势，现已成为能源领域的热门研究对象。目前，金属Pt因其高活性、无毒、稳定的优点被广泛用作光电催化材料；而由于Pt与金属氧化物具有较强的相互作用，将其两者进行搭配时不仅可显著提高整体催化剂的电化学防腐性能，同时也可提高材料中Pt的稳定性、抗钴中毒能力及催化活性。

以二氧化钛纳米管(TiO₂ NTs)为例，当将其与金属Pt搭配复合时，两者存在强烈的金属载体相互作用，这种相互作用可以通过电荷转移改变催化剂的电子结构，影响催化剂的活性和耐久性，从而提升催化效率。此外，通过在TiO₂NTs电极上沉积Pt纳米粒子，可以得到Pt/TiO₂NTs电极，这种新型材料有着良好的电催化活性。然而现有方法制备得到的Pt/TiO₂NTs电极材料可见光响应度低，无法最大程度地提升材料整体的催化效率。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种光电催化剂的制备方法，该方法通过电氧化、电沉积及滴涂等简易步骤，将TiO₂NTs、Pt及超薄氮化碳(CNNs)复合制备具有均匀结构的高效CNNs/Pt/TiO₂NTs光电催化剂。该制备方法操作简单，绿色无毒，制得产品光电催化效率显著提高。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种光电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ti片表面依次除污、抛光、超声处理及干燥后作为阳极，以Pt片作为阴极置于电解质溶液中进行电氧化反应，将阳极处产物洗净并干燥，得TiO₂NTs；

(2)将步骤(1)所得TiO₂NTs在空气气氛下480～520℃下加热160～200min后冷却，将其作为工作电极并进行Pt沉积处理，得Pt/TiO₂NTs；

(3)将三聚氰胺在空气气氛下480～520℃下加热220～260min后冷却，置于去离子水中经超声分散后加热至沸腾并恒温水浴11～13h，随后冷却并进行离心处理，最后取上层清液进行超声处理，得CNNs分散液；

(4)将步骤(3)所得CNNs分散液滴涂于Pt/TiO₂NTs上并干燥，即得所述光电催化剂。

本发明所述光电催化剂的制备方法首先通过电氧化法制备质地均匀分散、纯度高的TiO₂NTs，随后通过电沉积法在其表面沉积纯Pt，最终将制备的超薄CNNs复合前驱体材料，所得产品相比于传统Pt复合TiO₂NTs材料具有更高的光电催化活性；所述制备方法操作步骤简单，所用原料安全无毒，可实现工业化大规模生产。

优选地，步骤(1)所述抛光时使用的抛光液为氢氟酸及硝酸的混合水溶液，所述抛光液中氢氟酸、硝酸及水的体积之比为：HF：HNO₃：H₂O＝0.8～1.2:3.8～4.2:4.8～5.2；