CN113813944B - 一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用。本发明的单原子铑催化剂为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1‑xRhxO2，其中，0.001≤x≤0.1。本发明的制备方法为：将金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物混合均匀，然后在高温下煅烧，待冷却到室温后，即可得到单原子铑催化剂。本发明的制备方法具有工艺简单、生产设备要求低、可大规模生产的特点，并且得到的产物具有化学性质和物理结构稳定以及催化性能优异等优点，具有良好的大规模应用的前景；本发明的单原子铑催化剂催化剂可应用于光催化分解水制氢、二氧化碳还原、热催化、污染物降解等催化领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种单原子铑催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。
背景技术
催化剂在工业生产中扮演着不可或缺的作用，为了获得更高的化学转化效率，研发更高效的催化剂一直是材料、化学领域的重点。近年来，单原子催化剂的相关研究受到了广泛关注。由于单原子催化剂具有独特的电子结构，更高的金属原子利用率以及更高效的传质通道，其表现出优异的催化活性以及具有选择性的催化活性位点。因此，单原子催化剂的优异性质使其被广泛应用于光催化产氢、热催化、污染物降解以及二氧化碳还原等领域。
单原子催化剂又分为负载型单原子催化剂和掺杂型单原子催化剂。与负载型单原子催化剂相比，掺杂型单原子助催化剂不但能改变催化剂表面的电子结构，还可以调控体相的电子结构，更有利于化学反应的发生。例如，在光催化材料中，选择合适的掺杂剂可以提高光催化剂对太阳能光谱的利用率从而提高光催化性能。
迄今为止，二氧化钛由于其化学性质稳定、价格便宜、催化性能优异等优点，在催化领域的研究最为广泛深入，在光催化、热催化等领域中展现出优越的性能。为了进一步提高二氧化钛的催化性能，单原子掺杂二氧化钛被进一步研究。目前报道的单原子掺杂二氧化钛催化剂的合成方法主要为溶胶凝胶法，质子交换法。此类方法合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料成本较高，限制了在工业生产方面的推广。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有的单原子掺杂二氧化钛催化剂存在合成时间较长，合成步骤繁琐，并且以有机钛醇盐作为原料，成本较高从而限制了其在工业生产方面的推广等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单原子铑催化剂，为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1-xRhxO2，其中，0.001≤x≤0.1。
优选地，所述x的取值范围为：0.002≤x≤0.05。
本发明还提供了上述的单原子铑催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；
步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂。
优选地，所述步骤1中的含铑化合物为氯化铑、硫酸铑、硝酸铑、磷酸铑、醋酸铑、氯铑酸盐、氧化铑、碘化铑、锌酸铑、三苯基膦氢化铑和羰基合铑中的至少一种。
优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为固相研磨法。
优选地，所述步骤1中的混合所采用的方法为先在水热条件下搅拌混合后再固相研磨混合。
优选地，所述步骤2中煅烧的温度为600～1000℃，时间为6～10h。
本发明还提供了上述的单原子铑催化剂在催化反应中的应用。
优选地，包括在光催化分解水制氢、催化还原二氧化碳和污染物的催化降解中的应用。
优选地，所述的光催化分解水制氢的应用是在L-抗坏血酸作为空穴牺牲试剂、以Pt作为助催化剂的条件下进行的。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明提供的单原子铑催化剂的制备方法具有工艺简单、生产设备要求低、可大规模生产的特点，并且得到的产物具有化学性质和物理结构稳定以及催化性能优异等优点，具有良好的大规模应用的前景；
2.本发明的单原子铑催化剂催化剂可应用于光催化分解水制氢、二氧化碳还原、热催化、污染物降解等催化领域。
附图说明
图1为实施例1-6的X射线衍射图谱；
图2为实施例1-6的紫外可见漫反射光谱图；
图3为实施例7-12的X射线衍射图谱；
图4为实施例7-12的紫外可见漫反射光谱图；
图5为实施例13-18的X射线衍射图谱；
图6为实施例13-18的紫外可见漫反射光谱图；
图7a、b、c、d分别为实施例1、实施例2、实施例4、实施例7的球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜图像；
图8为实施例1-18以及对比实施例的催化剂在可见光照射下的光催化产氢活性图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
以下实施例中所用到的金红石型二氧化钛可以为购买的商品化产品，也可以为实验室合成的样品，颗粒尺寸优先100nm以下。
实施例1
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，4.12mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑Ti0.9975Rh0.0025O2催化剂。
Ti0.9975Rh0.0025O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜 (AC-HAADF-STEM)图像见图7a。由图1可见，Ti0.9975Rh0.0025O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到 Rh物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.9975Rh0.0025O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。在图7a中可看到Ti0.9975Rh0.0025O2/700℃催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中。
实施例2
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，8.28mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.995Rh0.005O2/700℃。
Ti0.995Rh0.005O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜(AC-HAADF-STEM)图像见图7b。由图1可见，Ti0.995Rh0.005O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到 Rh物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.995Rh0.005O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。在图7b中可看到Ti0.995Rh0.005O2/700℃催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中。
实施例3
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，16.65mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.99Rh0.01O2/700℃。
Ti0.99Rh0.01O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。由图1可见，Ti0.99Rh0.01O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.99Rh0.01O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例4
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，33.64mg RhCl3·3H2O，2ml超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.98Rh0.02O2/700℃。
Ti0.98Rh0.02O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜 (AC-HAADF-STEM)图像见图7c。由图1可见，Ti0.98Rh0.02O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.98Rh0.02O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。在图7c中可看到Ti0.98Rh0.02O2/700℃催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中。
实施例5
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，50.98mg RhCl3·3H2O，2ml超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.97Rh0.03O2/700℃。
Ti0.97Rh0.03O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。由图1可见，Ti0.97Rh0.03O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.97Rh0.03O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例6
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，68.68mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.96Rh0.04O2/700℃。
Ti0.96Rh0.04O2/700℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图1，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图2。由图1可见，Ti0.96Rh0.04O2/700℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图2可得Ti0.96Rh0.04O2/700℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例7
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，4.12mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在800℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.9975Rh0.0025O2/800℃。
Ti0.9975Rh0.0025O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电镜 (AC-HAADF-STEM)图像见图7d。由图3可见，Ti0.9975Rh0.0025O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到 Rh物种的相关衍射峰。由图5可得Ti0.9975Rh0.0025O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。在图7d中可看到Ti0.9975Rh0.0025O2/800℃催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中。
实施例8
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，8.28mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在800℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.995Rh0.005O2/800℃。
Ti0.995Rh0.005O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。由图3可见，Ti0.995Rh0.005O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图4可得Ti0.995Rh0.005O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例9
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，16.65mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在800℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.99Rh0.01O2/800℃。
Ti0.99Rh0.01O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。由图3可见，Ti0.99Rh0.01O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图4可得Ti0.99Rh0.01O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例10
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，33.64mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在700℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.98Rh0.02O2/800℃。
Ti0.98Rh0.02O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。由图3可见，Ti0.98Rh0.02O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图4可得Ti0.98Rh0.02O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例11
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，50.98mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在800℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.97Rh0.03O2/800℃。
Ti0.97Rh0.03O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。由图3可见，Ti0.97Rh0.03O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图4可得Ti0.97Rh0.03O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例12
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，68.68mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在800℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.96Rh0.04O2/800℃。
Ti0.96Rh0.04O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图3，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图4。由图3可见，Ti0.96Rh0.04O2/800℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图4可得Ti0.96Rh0.04O2/800℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例13
一种单原子铑催化剂Ti0.9975Rh0.0025O2的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，4.12mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.9975Rh0.0025O2/900℃。
Ti0.9975Rh0.0025O2/900℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.9975Rh0.0025O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.9975Rh0.0025O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例14
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，8.28mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.995Rh0.005O2/900℃。
Ti0.995Rh0.005O2/900℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.995Rh0.005O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.995Rh0.005O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例15
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，16.65mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.99Rh0.01O2/900℃。
Ti0.99Rh0.01O2/800℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.99Rh0.01O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.99Rh0.01O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例16
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，33.64mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.98Rh0.02O2/900℃。
Ti0.98Rh0.02O2/900℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.98Rh0.02O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.98Rh0.02O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例17
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，50.98mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.97Rh0.03O2/900℃。
Ti0.97Rh0.03O2/900℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.97Rh0.03O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.97Rh0.03O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
实施例18
一种单原子铑催化剂的制备方法：
称取0.5g金红石型二氧化钛粉末，68.68mg RhCl3·3H2O，2mL超纯水加入到圆底蒸发皿中，搅拌并超声10min使其混合均匀，随后在水浴加热的条件下不断搅拌将水蒸发后得到粉色固体粉末，将该粉色固体粉末在研钵中研磨30min 左右使其进一步混合均匀后转移至坩埚中，放入马弗炉在900℃煅烧8h，煅烧完毕后冷却至室温时将产物再次研磨30min得到单原子铑催化剂，标记为 Ti0.96Rh0.04O2/900℃。
Ti0.96Rh0.04O2/900℃催化剂的X射线衍射图谱(XRD)见图5，紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)见图6。由图5可见，Ti0.96Rh0.04O2/900℃催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图(JCPDS 21-1276)对应，没有用看到Rh 物种的相关衍射峰。由图6可得Ti0.96Rh0.04O2/900℃催化剂具备吸收可见光区太阳光的能力。
对比实施例
使用未掺杂的金红石型二氧化钛前驱体粉末作为对比实施例，该实施例紫外可见漫反射光谱图(UV-Vis DRS)作为参比样存在于所有UV-Vis DRS中，由结果可得，该样品只能吸收紫外光区域的太阳光。
应用实施例
光催化分解水产氢测试在光催化反应装置上进行。光催化测试是在L-抗坏血酸作为空穴牺牲试剂存在的条件下进行的，表面担载Pt作为助催化剂以降低其复合率。
对所有的实施例以及对比实施例的催化剂进行了上述光催化产氢测试，结果如图8所示。其中，EX表示实施例，CEX表示对比实施例。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。。
Claims (6)
1. 一种单原子铑催化剂，其特征在于，为掺杂型单原子催化剂，其化学式为Ti1-xRhxO2，其中，0.002≤x≤0.05；所述催化剂中金属Rh以单原子状态存在于金红石型二氧化钛晶格中，所述催化剂所有的衍射峰的位置和相对强度标准谱图JCPDS 21-1276对应，没有Rh物种的相关衍射峰；
所述单原子铑催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；所述混合所采用的方法为先在水浴加热条件下搅拌混合后再固相研磨混合；
步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂；所述煅烧的温度为600~1000℃，时间为6~10h。
2.权利要求1所述的单原子铑催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照化学计量比称取金红石型二氧化钛前驱体与含铑化合物，混合均匀得到混合物；所述混合所采用的方法为先在水浴加热条件下搅拌混合后再固相研磨混合；
步骤2：将上述混合物进行煅烧，待冷却至室温后，得到单原子铑催化剂；所述煅烧的温度为600~1000℃，时间为6~10h。
3.如权利要求2所述的单原子铑催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的含铑化合物为氯化铑、硫酸铑和硝酸铑中的至少一种。
4.权利要求1所述的单原子铑催化剂在催化反应中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，包括在光催化分解水制氢、催化还原二氧化碳和污染物的催化降解中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的光催化分解水制氢的应用是在L-抗坏血酸作为空穴牺牲试剂、以Pt作为助催化剂的条件下进行的。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Photocatalytic O2 Evolution of Rhodium and Antimony-Codoped Rutile-Type TiO2 under Visible Light Irradiation;Ryo Niishiro 等;J. Phys. Chem. C;第111卷;2. Experimental Section、TABLE 1 * |
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