本發(fā)明屬于光催化劑材料的制備領(lǐng)域，更具體的涉及一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的不斷提高以及現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，能源需求越來越大已經(jīng)成為人類、成為一個國家十分關(guān)注的重大問題。化石類能源的減少和人類日益增長的能量消耗形成了鮮明的對比，人類過度依賴化石能源造成了越來越嚴重的環(huán)境和社會問題。為了可持續(xù)發(fā)展和人類的生存，人們開始尋找清潔環(huán)保、安全可靠的新能源。氫氣燃燒將釋放大量的熱，而產(chǎn)生的副產(chǎn)品是水，因此氫能源儲能大且清潔無污染。海水取之不盡用之不竭，而太陽光也是如此，只要有太陽就有太陽光。利用太陽光作為能源分解水產(chǎn)生氫氣是一種十分理想的使用能源，能確保人類對能源的永恒需求，同時不會造成環(huán)境的污染。因此，利用太陽能光催化分解水生產(chǎn)清潔能源氫氣的前景獲得廣泛的關(guān)注并且有很好的應用前景。經(jīng)過光分解水的技術(shù)已經(jīng)取得了許多重要進程，但還是存在著許多不足點。Pt、Pd是非常重要且高效的催化劑，已在光分解水中得到很好的應用。人們常常利用一些穩(wěn)定的無機材料作為支架支撐Pt、Pd催化劑，有些支架材料還能增強Pt、Pd光催化效果。發(fā)明專利Pt負載氟氧化鑭光催化劑的制備方法和應用（專利號：CN201110275687）公開了Pt 負載氟氧化鑭光催化劑的制備，該光催化劑在氟氧化鑭表面上負載Pt并應用于光催化分解水制氫；發(fā)明專利一種載鉑硫化鎘光催化劑的制備方法（專利號：CN200510022763）公開了硫化鎘以光還原法負載貴金屬Pt 制備載鉑硫化鎘光催化劑；鉑和磷酸鹽改性的二氧化鈦光催化劑的制備方法（專利號：CN201210557233）公開了在TiO₂光催化劑表面附著Pt 離子和磷酸根離子，能加快產(chǎn)生氫氣。人們也在尋找一些半導體材料作為光催化劑降解水，如文獻（Ye, M.; Xin, X.; Lin, C.; Lin, Z. Nano Lett. 2011, 11, 3214?3220以及Xin, X.; Wang, J.; Han, W.; Ye, M.; Lin, Z. Nanoscale 2012, 4,964?969.）報道的改性納米TiO₂以及文獻（Y. Sakata, Y. Matsuda, T. Yanagida, K. Hirata, H. Imamura, K.Teramura, Catal. Lett. 2008, 125, 22–26.）報道的改性Ga₂O₃作為光催化劑用于分解水產(chǎn)生氫。本發(fā)明利用模板制備技術(shù)制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的介孔磷酸鈦作為支架材料，再利用化學法鍍膜技術(shù)把Pt鍍到介孔磷酸鈦支架材料的納米空隙里，制備具有高催化活性的介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法。本發(fā)明制得的介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑具有高的光催化活性，光催化產(chǎn)氫氣效率達到7200-15730μmol/h.g。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

（一）介孔磷酸鈦的制備：

1）取四氯化鈦或鈦酸四丁脂2-8ml，置于15-50ml的無水乙醇中，在攪拌下加入1.5-6.5克的表面活性劑，攪拌1-2小時形成溶液A；

2）取85wt%的磷酸1-2.5ml，置于15-30ml的無水乙醇中搖均形成溶液B；

3）把溶液B緩慢滴加到溶液A中，邊滴邊攪拌1-2小時，用6N的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為1.8- 4.5，繼續(xù)攪拌2-5小時形成溶膠凝膠；

4）把步驟3）所形成的溶膠凝膠置于小型高壓反應釜里，于90-150℃下保溫24-48小時，冷卻后過濾；

5）將步驟4）過濾物取出后置于30-60毫升的稀鹽酸與無水乙醇的混合液中攪拌2-3小時，過濾后用30毫升無水乙醇洗滌過濾物再進行過濾，重復4次；最后把過濾物置于干燥箱中于120℃下干燥4小時獲得介孔磷酸鈦；

（二）支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備：

稱取200mg的介孔磷酸鈦，加入20-30ml的乙二醇，超聲震蕩30分鐘，形成C溶液；稱取30-50mg H₂PtCl₆以及10-50毫克納米材料穩(wěn)定劑于5ml的無水乙醇中，超聲震蕩15分鐘形成D溶液；把C、D兩溶液混合，超聲震蕩2小時，然后加入100-150mg NaBH₄，于冰浴中攪拌3-5小時；用砂芯過濾，再每次用5毫升的無水乙醇洗滌4次；將所得固體物置于小燒杯中于干燥箱中90℃下干燥4小時獲得支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑。

步驟1）中所述表面活性劑為十八烷基苯磺酸鈉或十八碳-9-烯醇。

步驟5）中稀鹽酸與無水乙醇的混合液是由1N稀鹽酸與無水乙醇按體積比為1:5-10配制而成。

步驟（二）中所述納米材料穩(wěn)定劑為巰基乙酸和巰基丙酸中的一種或兩種。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用模板制備技術(shù)制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的介孔磷酸鈦作為支架材料，再利用化學法鍍膜技術(shù)把Pt鍍到介孔磷酸鈦支架材料的納米空隙里，其中化學性能穩(wěn)定的介孔磷酸鈦能起到穩(wěn)定鉑催化劑的作用，同時也增強鉑的催化效果，制得的介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑具有高的光催化活性，用300W氙燈作為光源光催化分解甲醇水混合溶液（按甲醇與水的體積比為1:4配比）產(chǎn)生氫氣的效率高，可達7200-15730μmol/h.g。

附圖說明

圖1為介孔磷酸鈦的SEM圖；

圖2為支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的TEM圖；

圖3為支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的EDX元素分析圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不僅僅限于這些實施例。

實施例1

一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

（一）介孔磷酸鈦的制備：

1）取四氯化鈦2ml，置于15ml的無水乙醇中，在攪拌下加入1.5克的十八烷基苯磺酸鈉，攪拌1小時形成溶液A；

2）取85wt%的磷酸1ml，置于15ml的無水乙醇中搖均形成溶液B；

3）把溶液B緩慢滴加到溶液A中，邊滴邊攪拌1小時，用6N的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為4.5，繼續(xù)攪拌2小時形成溶膠凝膠；

4）把步驟3）所形成的溶膠凝膠置于小型高壓反應釜里，于90℃下保溫48小時，冷卻后過濾；

5）將步驟4）過濾物取出后置于30毫升的稀鹽酸與無水乙醇的混合液（由1N稀鹽酸與無水乙醇按體積比為1:5配制而成）中攪拌2小時，過濾后用30毫升無水乙醇洗滌過濾物再進行過濾，重復4次；最后把過濾物置于干燥箱中于120℃下干燥4小時獲得介孔磷酸鈦；

（二）支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備：

稱取200mg的介孔磷酸鈦，加入20ml的乙二醇，超聲震蕩30分鐘，形成C溶液；稱取30mg H₂PtCl₆以及10毫克巰基乙酸于5ml的無水乙醇中，超聲震蕩15分鐘形成D溶液；把C、D兩溶液混合，超聲震蕩2小時，然后加入100mg NaBH₄，于冰浴中攪拌3小時；用砂芯過濾，再每次用5毫升的無水乙醇洗滌4次；將所得固體物置于小燒杯中于干燥箱中90℃下干燥4小時獲得支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑。

以所制備的支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑作為光催化劑，用300W氙燈作為光源光催化分解甲醇水混合溶液（按甲醇與水的體積比為1:4配比）產(chǎn)生氫氣。所制備的光催化劑光催化分解水產(chǎn)氫效率高，可達7200μmol/h.g。

實施例2

一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

（一）介孔磷酸鈦的制備：

1）取鈦酸四丁脂8ml，置于50ml的無水乙醇中，在攪拌下加入6.5克的十八碳-9-烯醇，攪拌2小時形成溶液A；

2）取85wt%的磷酸2.5ml，置于30ml的無水乙醇中搖均形成溶液B；

3）把溶液B緩慢滴加到溶液A中，邊滴邊攪拌2小時，用6N的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為1.8，繼續(xù)攪拌5小時形成溶膠凝膠；

4）把步驟3）所形成的溶膠凝膠置于小型高壓反應釜里，于150℃下保溫24小時，冷卻后過濾；

5）將步驟4）過濾物取出后置于60毫升的稀鹽酸與無水乙醇的混合液（由1N稀鹽酸與無水乙醇按體積比為1:10配制而成）中攪拌3小時，過濾后用30毫升無水乙醇洗滌過濾物再進行過濾，重復4次；最后把過濾物置于干燥箱中于120℃下干燥4小時獲得介孔磷酸鈦；

（二）支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備：

稱取200mg的介孔磷酸鈦，加入30ml的乙二醇，超聲震蕩30分鐘，形成C溶液；稱取50mg H₂PtCl₆以及50毫克巰基丙酸于5ml的無水乙醇中，超聲震蕩15分鐘形成D溶液；把C、D兩溶液混合，超聲震蕩2小時，然后加入150mg NaBH₄，于冰浴中攪拌5小時；用砂芯過濾，再每次用5毫升的無水乙醇洗滌4次；將所得固體物置于小燒杯中于干燥箱中90℃下干燥4小時獲得支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑。

以所制備的支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑作為光催化劑，用300W氙燈作為光源光催化分解甲醇水混合溶液（按甲醇與水的體積比為1:4配比）產(chǎn)生氫氣。所制備的光催化劑光催化分解水產(chǎn)氫效率高，可達15730μmol/h.g。

實施例3

一種支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

（一）介孔磷酸鈦的制備：

1）取四氯化鈦5ml，置于38ml的無水乙醇中，在攪拌下加入3.5克的十八烷基苯磺酸鈉，攪拌1.5小時形成溶液A；

2）取85wt%的磷酸1.5ml，置于22ml的無水乙醇中搖均形成溶液B；

3）把溶液B緩慢滴加到溶液A中，邊滴邊攪拌1.5小時，用6N的氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為3，繼續(xù)攪拌3.5小時形成溶膠凝膠；

4）把步驟3）所形成的溶膠凝膠置于小型高壓反應釜里，于120℃下保溫36小時，冷卻后過濾；

5）將步驟4）過濾物取出后置于45毫升的稀鹽酸與無水乙醇的混合液（由1N稀鹽酸與無水乙醇按體積比為1:7.5配制而成）中攪拌2.5小時，過濾后用30毫升無水乙醇洗滌過濾物再進行過濾，重復4次；最后把過濾物置于干燥箱中于120℃下干燥4小時獲得介孔磷酸鈦；

（二）支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑的制備：

稱取200mg的介孔磷酸鈦，加入25ml的乙二醇，超聲震蕩30分鐘，形成C溶液；稱取40mg H₂PtCl₆以及30毫克納米材料穩(wěn)定劑（巰基乙酸和巰基丙酸按重量比為1:1混合的混合物）于5ml的無水乙醇中，超聲震蕩15分鐘形成D溶液；把C、D兩溶液混合，超聲震蕩2小時，然后加入125mg NaBH₄，于冰浴中攪拌4小時；用砂芯過濾，再每次用5毫升的無水乙醇洗滌4次；將所得固體物置于小燒杯中于干燥箱中90℃下干燥4小時獲得支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑。

以所制備的支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑作為光催化劑，用300W氙燈作為光源光催化分解甲醇水混合溶液（按甲醇與水的體積比為1:4配比）產(chǎn)生氫氣。所制備的光催化劑光催化分解水產(chǎn)氫效率高，可達11700μmol/h.g。

圖1為介孔磷酸鈦的SEM圖，從圖1可以看到材料中有許多空隙，大小大約為5-10nm。圖2為所合成材料的TEM圖，從圖2可以看出，鉑鍍在材料的表面上，其顆粒大小大約在2-5nm。圖3為支架介孔磷酸鈦嵌鉑光催化劑EDX元素分析圖，圖中展示支架材料各元素以及Pt元素。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。