CN109731572A - 具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法 - Google Patents

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毕越
邱春生
骆尚廉
孙力平
郑金鑫
孙宏雨
黄盼盼
赵佳奇
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Abstract

本发明公开了一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，包括如下步骤：将TiO2与NaOH水溶液混合，搅拌，得混合液；微波处理，收集沉淀物；沉淀物采用HCl水溶液冲洗，用去离子水冲洗，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；将钛酸纳米管和氯铂酸水溶液混合，调pH，持续搅拌，在紫外线下照射，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂。本发明的方法制备的具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管置于甲醇水溶液中照射紫外光或可见光即可进行产氢反应。本发明的方法制备的钛酸纳米管使用较低功率的灯管就达到较好的产氢效能。

Description

具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法
技术领域
本发明属于光催化产氢技术领域，具体涉及一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法。
背景技术
随着主要能源--石油的价格日渐上涨，能源危机已是迫切需要面对的问题，再加上由石化燃料燃烧后所排放的二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物会污染环境，研发及推广清洁能源生产技术成为亟待解决的问题。光电化学法使用半导体光催化剂作为材料，利用其受光激发后会产生电子、电洞的特性，进而使有机物分解产生氢气，且其以取之不尽的太阳能为能源又可在常温下进行反应，同时还具有环保、效率佳等优点。
二氧化钛(TiO2)，其物化性质在常温常压下相当稳定，不仅拥有较强的氧化还原能力，且光照后也不会发生光腐蚀现象，又具有耐酸碱、价格便宜、容易制备及无毒性等特点，是目前最广泛使用的光催化材料。但二氧化鈦为紫外光触媒，无法有效利用太阳光谱中的可见光且其受光激发所产生的电子电洞容易在其內部或表面再結合等因素，均会降低水转换成氢气的效率，催化效力有限。
采用钛酸纳米管来增加光催化剂的比表面积，表面积增加，反应总面积增加，可吸附更多的反应物，提高光催化反应速率及效率；采用添加贵重金属(如Pt、Pd、Au、Ag)来提高电子电洞分离效率，利用金属本身对电子强烈的吸引力，促使电子迁移至催化剂表面的金属累积电荷，另外在金属—半导体界面上形成能障，使电子不易再回到半导体，可有效降低电子电洞对再结合的概率，并提升二氧化钛的催化效率。
但目前尚未有具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例将0.4-0.8g比表面积为40-60m2g-的TiO2与50-90mL的8-12M的NaOH水溶液混合，搅拌30-50分钟，得混合液；在110-150℃和300-500W微波功率下微波处理2-4小时，收集沉淀物；沉淀物采用HCl水溶液冲洗2-4次，用去离子水冲洗3-5次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；
(2)按比例，将0.5-2g步骤(1)获得的钛酸纳米管和8-14mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用草酸水溶液调pH为2-4，持续搅拌，在能量150-350W和波长365nm紫外线下照射2-5h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂。
本发明的优点是：
本发明的的方法制备的具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管置于甲醇水溶液中照射紫外光或可见光即可进行产氢反应。
本发明的一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管使用较低功率的灯管就达到较好的产氢效能；
本发明通过添加Pt来提高电子电洞分离效率，有效降低电子电洞对再结合的概率，并提升催化效率；
本发明的制备方法具有减少反应时间、均匀掺杂元素并简化合成流程等优点，再配合双催化剂反应系统(Z-Schemesystem)，使催化剂不受限同时满足H+/H2(E0＝0V)还原能阶和O2/H2O(E0＝1.23V)氧化能阶，进而提升可见光下的反应效率。
附图说明
图1为实施例1制备的一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管(Pt/TNTs)的SEM图。
图2为比较例1,2,3和实施例1制备的产品于紫外光照射下反应3小时产生的氢气量的比较。
图3为比较例1,2,3,和实施例1制备的产品于可见光照射下反应3小时产生的氢气量的比较。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明,但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.6g比表面积为50m2g-的TiO2与60mL的10M的NaOH水溶液混合，搅拌40分钟，得混合液；在微波消化设备中，在120℃和400W微波功率下微波处理3小时，收集沉淀物；沉淀物采用0.5M的HCl水溶液冲洗3次，用去离子水冲洗4次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；
(2)将1g步骤(1)获得的钛酸纳米管和10.7mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用1M的草酸水溶液调制pH为3，持续搅拌，在能量250W和波长365nm紫外线下照射3h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂(1wt％Pt/TNTs)。
实施例2
一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.4g比表面积为40m2g-的TiO2与50mL的12M的NaOH水溶液混合，搅拌50分钟，得混合液；在微波消化设备中，在110℃和300W微波功率下微波处理4小时，收集沉淀物；沉淀物采用0.5M的HCl水溶液冲洗2次，用去离子水冲洗3次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；
(2)将0.5g步骤(1)获得的钛酸纳米管和8mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用1M的草酸水溶液调制pH为4，持续搅拌，在能量150W和波长365nm紫外线下照射5h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂。
实施例3
一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.8g比表面积为60m2g-的TiO2与90mL的8M的NaOH水溶液混合，搅拌30分钟，得混合液；在微波消化设备中，在150℃和500W微波功率下微波处理2小时，收集沉淀物；沉淀物采用0.5M的HCl水溶液冲洗4次，用去离子水冲洗5次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；
(2)将2g步骤(1)获得的钛酸纳米管和14mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用1M的草酸水溶液调制pH为2，持续搅拌，在能量350W和波长365nm紫外线下照射2h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂。
比较例1
商用TiO2：取0.5g比表面积为50m2g-1的商用TiO2(P25)。
比较例2
钛酸纳米管(TNTs)，用下述方法制备：
将0.6g比表面积为50m2g-的TiO2(P25)与60mL的10M的NaOH水溶液混合，搅拌40分钟，得混合液；在微波消化设备中，在120℃和400W微波功率下微波处理3小时，收集沉淀物；沉淀物采用0.5M的HCl水溶液冲洗3次，用去离子水冲洗4次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管(TNTs)。
比较例3
掺杂元素Pt的二氧化钛，用下述方法制备：
将1g二氧化钛(TiO2)和10.7mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用1M的草酸水溶液调制pH为3，持续搅拌，在能量250W和波长365nm紫外线下照射3h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的二氧化钛光催化产氢催化剂(1wt％Pt/TiO2)。
将比较例1，比较例2，比较例3和实验例1的产品各取0.25克分别置于500mL体积浓度为20％的甲醇水溶液中，在能量250W和波长320-400nm紫外光照射3小时进行产氢反应，实验结果见图2。
将比较例1，比较例2，比较例3和实验例1的产品各取0.25克分别置于500mL体积浓度为20％的甲醇水溶液中，在能量150W和波长400-700nm可见光照射3小时进行产氢反应，实验结果见图3。
实施例2和实施例3制备的具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管催化产氢效果与实施例1相似。

Claims (1)

1.一种具有光催化产氢作用的掺杂元素Pt的钛酸纳米管的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)按比例将0.4-0.8g比表面积为40-60m2g-的TiO2与50-90mL的8-12M的NaOH水溶液混合，搅拌30-50分钟，得混合液；在110-150℃和300-500W微波功率下微波处理2-4小时，收集沉淀物；沉淀物采用HCl水溶液冲洗2-4次，用去离子水冲洗3-5次，冷冻干燥，得到钛酸纳米管；
(2)按比例，将0.5-2g步骤(1)获得的钛酸纳米管和8-14mL的0.005M氯铂酸水溶液混合，用草酸水溶液调pH为2-4，持续搅拌，在能量150-350W和波长365nm紫外线下照射2-5h，离心弃上清液，冷冻干燥，得掺杂元素Pt的钛酸纳米管光催化产氢催化剂。
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