[发明专利]一种用于能源转化的金纳米簇掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种用于能源转化的金纳米簇掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用，该方法通过两步溶剂热法合成了一种锐钛矿/金红石复合型的双相二氧化钛材料，然后利用静电相互作用将金纳米簇和二氧化钛材料简便快速的组装在一起，制备出一种金纳米簇掺杂的二氧化钛催化剂，该方法实现了金纳米簇与二氧化钛材料的高效合作，使得在金纳米簇‑二氧化钛界面中的催化占有极大地优势，得到的金纳米簇掺杂的二氧化钛材料可以应用于二氧化碳的还原以及光解水，具有良好的产一氧化碳和产氢的能力。

技术领域

本发明涉及贵金属复合催化剂技术领域，特别是涉及一种用于二氧化碳还原以及光催化产氢的金纳米簇掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

当前世界的能源消耗仍是以化石能源为主，然而日益增多的人类活动不仅会加快化石燃料的消耗。在此背景下，探索清洁能源以及解决能源危机已成为了研究者们重要的工作。光催化二氧化碳还原技术是一种在常温常压下进行，直接由太阳能等可再生能源提供能量，利用光催化剂的催化作用将二氧化碳转化为丰富多样的碳氢能源，从而实现能源的循环再生。光催化产氢技术是一种在常温常压下进行，直接由太阳能等可再生能源提供能量，并在催化剂的作用下进行光化学反应而产出清洁能源氢气的一种方法。近几十年来，光催化二氧化碳还原以及光催化产氢技术研究一直是光催化领域研究的热门的项目。研究学者们为了解决能源危机，实现绿色能源的转化开始大量的研究具有高催化性能的催化剂。

二氧化钛是在光催化领域中研究的最广泛的一种催化剂，其具有无毒无害、性质稳定、成本低廉等特点，从而成为了研究者们的首选材料。而在二氧化钛在光催化应用中，它具有光吸收范围窄以及电子电导率差的问题，从而制约了二氧化钛材料的应用。后来通过不断地研究，被证实在二氧化钛材料表面负载贵金属可以增强二氧化钛材料的光催化活性。然而贵金属价格昂贵，且负载时材料复合效果差，往往会浪费掉大量的原材料，在这情况下，虽然提高了二氧化钛的光催化性能，但这不具有实际应用意义。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明主要目的是提供一种可以高效负载贵金属的二氧化钛催化剂的制备方法，其具体为提供一种用于能源转化的金纳米簇掺杂的二氧化钛光催化剂的制备方法，具体包括如下技术方案：

步骤1：在磁力搅拌下，将4mmol/L的谷胱甘肽溶液和10mmol/L四水合四氯金酸混合均匀，并将混合物加热搅拌24h，然后使用纤维素透析袋对试液进行透析，将获得的谷胱甘肽稳定的金纳米团簇溶液纯化24h，然后将制得的金纳米团簇溶液在4℃下保存，备用；

步骤2：在磁力搅拌下，将0.1mol/L的抗坏血酸溶液和0.1mol/L的盐酸溶液混合均匀，命名为L1，备用；再将钛酸四丁酯和乙醇混合均匀，然后将L1缓慢加入到钛酸四丁酯和乙醇的混合液中，持续搅拌0.5-1h；然后将所得溶液转移到反应釜中并密封，进行溶剂热处理，待冷却到室温后，并过微孔过滤膜过滤收集产物二氧化钛，洗涤，并在真空干燥箱中过夜干燥；

步骤3：将步骤2制备的二氧化钛超声分散在50mL无水乙醇中，然后加入步骤1制备的金纳米团簇溶液，并交替进行搅拌以及超声分散3-6h，然后将上述分散液转移至反应釜中进行溶剂热处理，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，通过微孔过滤膜过滤收集产物，用无水乙醇和去离子水分别清洗，并在真空干燥箱中过夜干燥。

作为上述技术方案的优选，进一步包括下列技术特征的部分或全部：

优选地，步骤1所述的谷胱甘肽溶液、四水合四氯金酸的体积比为3:(1-3)。

优选地，步骤1所述的加热搅拌为在70-80℃下加热，搅拌速度为500-700rpm/min。

优选地，步骤1所述的透析的截留分子量为1000Da。

优选地，步骤2所述的抗坏血酸溶液和盐酸溶液的体积比为(0.1-1):1。

优选地，步骤2所述的钛酸四丁酯、乙醇和L1的质量体积比为5g:50mL:(2-5)mL。