[发明专利]一种双金属PdAu助剂选择性修饰钒酸铋光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双金属PdAu助剂选择性修饰钒酸铋光催化剂及其制备方法和应用。该光催化剂包括双金属PdAu合金纳米颗粒和钒酸铋单晶基体，双金属PdAu合金纳米颗粒尺寸均一且均匀修饰在BiVO₄单晶的(010)晶面上。其制备：将单晶钒酸铋分散于醇水溶液中，得悬浮液；将钯盐水溶液和金盐水溶液加入悬浮液中，通入N₂，室温下搅拌均匀，然后搅拌条件下进行光照；光照结束后，将所得沉淀后处理即得光催化剂。该光催化剂用于光催化合成双氧水时同时具有高的还原活性和选择性，在光催化环境净化，医疗杀菌消毒，太阳能燃料电池等领域都具有极大的应用潜力，同时合成方法简单，条件温和，反应时间短，易于工业化推广应用。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种双金属PdAu助剂选择性修饰钒酸铋光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)，又称双氧水，因其绿色清洁的性质在有机合成，环境修复和医疗卫生消毒等领域得到了广泛的应用，而且还是一种极具前途的新型液体燃料，受到了极大关注。当前在工业上生产H₂O₂主要采用蒽醌法、醇氧化法和电化学合成等方法，这些制备方法污染大，能耗高，而且对设备要求比较高。因此，亟需开发清洁绿色，高效环保的合成H₂O₂生产方法。近几年来，绿色清洁的光催化技术在光催化剂的存在下可使丰富的太阳能转化为化学能，备受广大研究者的青睐。常见的各种光催化剂，例如TiO₂、CdS、g-C₃N₄、BiVO₄等，已经被广大研究者使用来合成H₂O₂，但使用单一的光催化剂合成的H₂O₂产率都很低。为了提高光催化剂的性能，助剂修饰作为一种简单高效的方法可有效提升光催化性能。因此，开发设计高活性助剂修饰光催化剂是一项重大挑战。

工业上主要采用具有优异氧还原催化活性的贵金属Pd催化剂以促进氧气还原合成 H₂O₂，但这个过程要消耗大量能源，大分子有机化合物，生产过程产生的废弃废物给生态环境带来严重的污染，使用Pd催化剂与氧气以桥氧方式吸附，使氧氧键易断裂，导致H₂O的产生，生成H₂O₂的选择性不高。此外，Hirakawa等人发现(文献ACS Catalysis 2016 6(8),4976-4982)Au修饰的BiVO₄光催化剂，Au与氧气通过边氧方式吸附，具有高选择性还原氧气生成H₂O₂的能力，但结果表明，光催化生成H₂O₂产量依然较低，主要是由于Au在BiVO₄表面的修饰是随机的，而且尺寸大小不一，导致活性提高依然有限。

因此，设计高催化活性以及选择性的双金属PdAu催化剂可以有效的提高光催化氧还原生成H₂O₂的能力。韦云威等人(ZL.CN 112675844 A)报道了PdAu双金属修饰的ZnO展现出了明显增强的光催化活性，但是在光催化反应系统中，光生载流子的传输是随机的，很容易发生复合而导致光催化效率低下。同时传统方法合成的双金属PdAu，颗粒尺寸往往较大，容易团聚，催化活性有限。如何克服这些缺点，优化钯的空间结构与电子结构，暴露更多的表面活性位点，进一步使其选择性催化合成H₂O₂，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双金属PdAu助剂选择性修饰钒酸铋光催化剂及其制备方法和应用。该光催化剂中，双金属PdAu合金纳米颗粒尺寸均一且均匀修饰在BiVO₄单晶的(010) 晶面上，用于光催化合成双氧水时同时具有高的还原活性和选择性，在光催化环境净化，医疗杀菌消毒，太阳能燃料电池等领域都具有极大的应用潜力，同时合成方法简单，条件温和，反应时间短，易于工业化推广应用。