[发明专利]一种纳米花瓣状Mn掺杂TiO2

说明书

本发明涉及光催化制氢技术领域，一种纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂‑CeO₂异质结光催化产氢材料，Mn掺杂使少量的Mn离子进入TiO₂晶格或间隙中，因此在TiO₂的价带与导带之间产生中间能级，降低了TiO₂的禁带宽度，提高了对可见光的吸收，同时Mn掺杂也能作为光生电子‑空穴的再结合中心，捕获光生电子，抑制光生电子‑空穴复合，纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂与花状纳米CeO₂，由于特殊的形貌，都具有非常高的比表面积，提高了对光能的利用率，提供了更多的活性光催化活性位点，氧化物中的Ti和Ce发生相互作用，形成杂质能级，导致吸收带边发生了红移，并形成异质结构，并降低了光生电子‑空穴复合率，从而提高了复合材料的光催化产氢性能。

技术领域

本发明涉及光催化制氢技术领域，具体为一种纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂-CeO₂异质结光催化产氢材料的制法。

背景技术

随着社会的不断发展，地球的能源资源也在飞速的消耗，能源枯竭的危机迫在眉睫，因此对于新能源的研究也越来越受到重视，氢能，作为一种清洁、高效的行能源，被普遍认为是最理想的清洁能源，因此，在首次发现可以通过光催化分解水制氢之后，光催化制氢便成为了一个经久不衰的研究热点，因此越来越多的光催化产氢材料相继出现，目前主要的光催化产氢材料有CdS、MoS₂、ZnO、TiO₂等等，其中TiO₂由于其优异的光、电化学性能，是目前研究的最多的光催化材料之一。

虽然TiO₂半导体由于具有稳定、无毒、高活性等优点，被研究用于光催化制氢，但是纯TiO₂不仅拥有较宽的带隙，对可见光的利用率低，同时还有较高的光生电子-空穴复合率，影响了其光催化活性，使TiO₂的光催化制氢效率不高，因此通常使用形貌调控、掺杂、以及与其他材料形成异质结构等方式来降低光生电子-空穴复合率，或者降低带隙，提高对可见光的吸收，从而制备光催化制氢性能良好的TiO₂复合材料。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂-CeO₂异质结光催化产氢材料的制法，解决了TiO₂光生电子-空穴复合严重，光催化制氢性能较低的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂-CeO₂异质结光催化产氢材料制备方法包括以下步骤：

(1)在冰水浴中，将硫酸钛与十六烷基三甲基溴化铵加入至去离子水中，再滴加葡聚糖溶液与MnSO₄，磁力搅拌2-3h后，转入聚四氟乙烯内胆中，于高压反应釜中，进行水热反应，冷却洗涤、抽滤、真空干燥，再将产物转移至电阻炉中，加热去除模版，得到纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂；

(2)将纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂、活性炭与Ce(NO₃)₃加入至去离子水中，超声分散，再加入尿素，将混合液转移至聚四氟乙烯内胆中，于水热反应釜内，水热反应，洗涤、真空干燥，再置于电阻炉中，加热除去模版，得到纳米花瓣状Mn掺杂TiO₂-CeO₂异质结光催化产氢材料。。

优选的，所述步骤(1)中硫酸钛、十六烷基三甲基溴化铵、葡聚糖与MnSO₄的质量比为100:10-20:80-120:0.4-1.5。

优选的，所述步骤(1)中水浴反应，先于110-130℃下反应3-6h，再加热至160-200℃，反应8-12h。