一种全固态矢量Z机制复合光催化剂CaTiO3/Cu/TiO2、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于能量存储与转换材料领域，具体涉及一种全固态矢量Z机制复合光催化剂CaTiO

背景技术

目前，能源危机和环境污染已成为世界各国可持续发展的障碍。为了应对日益严重的能源危机和环境污染问题，清洁能源在今天被广泛使用，如太阳能、风能、氢能、地热能、水能、核能等等。其中，氢能是一种清洁能源，它将在世界能源版图中扮演重要的角色，有助于减少交通运输和工业领域的碳排放。然而，现在使用的大约5％的氢气是由电解水生产的，其余大部分来自化石燃料。自日本科学家Fujishima和Honda等首次实现光电催化水分解制氢以来，光催化材料的开发和研究一直是科研人员的研究热点。40多年来，人们开发出了许多可用于光催化技术的材料，其中大部分光催化材料是无机化合物半导体，如金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属磷化物及它们的复合材料等。然而，当它们作为单一催化剂时，由于光生载流子(电子和空穴)分离效率低、复合迅速，且光响应范围和表面反应位点不足，导致不理想的产氢速率。因此，研究者们对上述问题进行了大量的研究，如贵金属沉积、构建异质结、有机-无机复合材料、引入缺陷、元素掺杂等。其中，构建异质结可以提高光生载流子的分离效率，降低光生载流子的复合效率，从而获得高效的光催化活性。最近，矢量Z机制光催化材料吸引了科学家们的广泛关注，该光催化材料由传统II型异质结(催化剂A和催化剂B的导带和价带位置相互交错)材料和电子转移介质组成，即催化剂A和催化剂B通过电子转移介质连接在一起，使得催化剂A导带上部分较弱还原能力的光生电子与催化剂B价带上部分较弱氧化能力的光生空穴复合，留下催化剂B导带上较强还原能力的光生电子和催化剂A价带上较强氧化能力的光生空穴，从而提高复合催化剂的催化能力。贵金属(Au/Ag/Rh/Pt)纳米颗粒和石墨烯可作为电子转移介质，可有效加速这种矢量Z机制异质结构中的载流子转移速度，从而大大提高其光催化活性。此外，具有较强还原能力的光激发电子和较强氧化能力的空穴可被保留。例如，Qian Wang(Nat.Mater.2016, 15,611-615)等人通过表面改性发现，Ru改性的SrTiO

CaTiO

发明内容

本发明的目的提供一种新型的全固态矢量Z机制复合光催化剂 CaTiO

本发明利用两步水热法构建全固态矢量Z机制复合光催化剂 CaTiO

本发明制备的全固态矢量Z机制复合光催化剂CaTiO

本发明所述矢量Z机制复合光催化剂CaTiO

1)CaTiO

首先将1.18～3.54g Ca(NO

2)复合光催化剂CaTiO

将10～50mg可溶于水的铜盐和50mg乙二胺四乙酸(EDTA)溶于1～3 mL去离子水中过夜，形成铜离子螯合物溶液；随后，将铜离子螯合物溶液、25～75 mg CaTiO

3)光催化剂的制氢步骤

光催化制氢实验是使用在线光催化制氢系统(CEL-PAEM-D8，中教金源公司)中进行，温度控制在6℃。使用300W Xe灯(覆盖截止滤光片:JB 300)作为光源，模拟太阳光(300-1100nm)。30mg光催化剂分散在含有6mL甲醇(牺牲剂)和24mL去离子水的混合溶液中。打开氙灯前，用真空泵抽真空30分钟，确保反应环境处于真空状态。每小时提取一次氢气，用在线气相色谱仪(GC7920- DTA)分析。

步骤1)实验过程中磁力搅拌的转速为200～400rpm；离心的转速为5000 ～10000rpm；

步骤2)中可溶于水的铜盐可为Cu(CH

本发明所述的全固态矢量Z机制复合光催化剂CaTiO

本发明所述的全固态矢量Z机制复合光催化剂CaTiO

附图说明

图1：图(a)为实施例1中CaTiO

图2：为实施例1中CaTiO

图3：图(a,c,e)分别为实施例1中CaTiO

图4：图(a)为实施例1中CaTiO

图5：为实施例1中CaTiO

图6：为实施例1中CaTiO

图7：为实施例1中为CaTiO

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做更详细的说明，但所述实施例不构成对本发明的限制。

实施例1

1)CaTiO

首先将1.18g Ca(NO

2)CaTiO

将20mg Cu(CH

图1中图a,b分别为实施例1中CaTiO

图2为实施例1中CaTiO

图3中图a,c,e分别为实施例1中CaTiO

图4a为实施例1中CaTiO

图5为实施例1中CaTiO

附图6为实施例1中CaTiO

附图7为实施例1中为CaTiO

实施例2

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例2制备CaTiO

实施例3

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例3制备CaTiO

实施例4

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例4制备CaTiO

实施例5

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例5制备CaTiO

实施例6

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例6制备CaTiO

实施例7

如同实施例1的各步操作，不同的是实施例7在制备CaTiO

首先将3.54g Ca(NO

步骤2没有变化，最后得到CaTiO