NBs光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种Au-Pd/TiO2NBs光催化剂的制备方法，步骤如下：将钛片作为基体，对钛片进行阳极氧化处理制备TiO2NBs，阳极氧化前，钛片分别在乙醇和丙酮中超声清洗，然后酸洗，而后用去离子水冲洗干燥，阳极氧化采用两电极体系，在空气中煅烧；对步骤一制备的TiO2NBs进行Au-Pd双金属纳米粒子修饰，采用三电极体系，氯金酸和氯化钯水溶液为Au和Pd源，先沉积Au后沉积Pd，沉积后烘干。本发明制备的光催化剂固定于钛基体上，避免了因回收不彻底而造成的水体污染，具有更大的可接触表面积，便于有机污染物分子与之接触反应，极大的促进了光催化降解性能，反应条件温和，工艺流程简单，易于控制。
【专利说明】一种Au-Pd/T i 02NBs光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光催化剂的制备方法，尤其涉及一种Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]Ti02光催化剂由于其高的光催化活性、物理化学性质稳定、无毒副作用以及成本低廉等特点，被认为是清除环境中水体和大气中有机物污染的最有前途的材料。研宄表明，1102光催化剂能够降解绝大多数有机物，比如芳香烃、卤化烃、含氮杂环化合物等，因此，利用Ti02的光催化氧化作用降解水体和大气中的有机污染物已成为国内外光催化研宄领域的热点之一。然而打02光催化剂的实际应用仍有许多障碍，因此，制备一种高效实用的光催化剂是一种迫切需要。
[0003]1102光催化剂的几何形貌对其光催化性能起着至关重要的作用，具有完美形貌的光催化剂能够增大可接触表面积，提高对目标物的可及性，进而提高对污染物的降解效率。锐钛矿相打02光催化剂的禁带宽度为3.2ev，只能吸收太阳光中波长小于387.5nm的紫外光部分，而紫外光部分只占整个太阳能光谱的4%左右，因此开发可见光响应的光催化剂是光催化领域的一个重要方向。此外，先前大多数打02光催化剂都是采用粉末的形式，存在着催化剂难于回收甚至会造成纳米污染的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种Au_Pd/Ti02NBs (Au-Pd双金属纳米粒子修饰的Ti02纳米带)光催化剂的制备方法，采用该方法制备的Au-Pd/T1 2NBs光催化剂具有较大的可接触表面积和可见光活性，并克服了不利于从水中分离的缺陷，Au-Pd双金属纳米粒子分布均勾，粒径小。
[0005]本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是:一种Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，步骤如下:
[0006]一、Ti02NBs制备:将钛片作为基体，对钛片进行阳极氧化处理制备Ti02NBs，电解液为乙二醇加水18?20: l(v/v)，氟化铵含量为0.4?0.6wt%，应用电压为55?65V，氧化时间为2.5?3.5h，阳极氧化前，钛片分别在乙醇和丙酮中超声清洗8?12min，然后酸洗28?35s，而后用去离子水冲洗，并于100?110°C空气中干燥，阳极氧化采用两电极体系，在空气中540?555°C煅烧1.5?3h ;
[0007]二、Au-Pd双金属纳米粒子修饰:对步骤一制备的Ti02NBs进行Au_Pd双金属纳米粒子修饰，采用三电极体系，Ti02NBs为阴极，铂片为阳极，SCE电极为参比电极，0.1mM的氯金酸和氯化钮水溶液为Au和Pd源，沉积电势为-0.2?-0.15V，沉积时间为5?10s，先沉积Au后沉积Pd，沉积后在100?110°C烘箱中烘干。
[0008]进一步的，所述步骤二中得到的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂，通过光催化降解罗丹明B评价其性能，罗丹明B溶液浓度为5mg/L，降解时间为2h，采用35W氙灯模拟自然光，光源与催化剂距离为3cm，降解过程中每隔30min取一次样，用T6分光光度计测其吸光度的变化。
[0009]进一步的，所述钛片尺寸为9_X40_X0.5mm。
[0010]进一步的，所述酸洗中所用酸洗液为HF: HN03: H20按照1?2: 4?5: 5?6体积比混合而成。
[0011]本发明的有益效果是:制备的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂固定于Ti基体上，克服了粉末状光催化剂应用后不易从水中分离的缺陷，有利于催化剂的回收利用，并避免了因回收不彻底而造成的水体污染。实验证明，与Ti02纳米管相比，固定于基体上的Ti02NBs具有更大的可接触表面积，便于有机污染物分子与之接触反应。采用Au-Pd双金属纳米粒子修饰后，降低了电荷转移电势，促进了光生电子的快速转移，提高了光生电子-空穴的有效分离，此外，Au-Pd双金属纳米粒子还能提高Ti02NBs对可见光的吸收，提高光的利用率，因此，极大的促进了 Ti02NBs的光催化降解性能。该制备方法反应条件温和，工艺流程简单，反应易于控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
[0013]图1为实施例1制备的Au-Pd/Ti02NBs的扫描电镜照片。
[0014]图2为实施例1制备的Au-Pd/Ti02NBs的透射电镜照片。
[0015]图3为实施例1制备的Au_Pd/Ti02NBs的EDX谱图
[0016]图4为实施例1制备的Au-Pd/Ti02NBs光催化降解5mg/L罗丹明B溶液的去除率与光照时间关系图，并与纯Ti02NBs比较。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]一种Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，步骤如下:
[0019]一、Ti02NBs制备:将钛片作为基体，对钛片进行阳极氧化处理制备Ti02NBs，电解液为乙二醇加水19: 10八)，氟化钱含量为0.5?1:%，应用电压为60￥，氧化时间为311，阳极氧化前，钛片分别在乙醇和丙酮中超声清洗lOmin，然后酸洗30s，而后用去离子水冲洗，并于100°C空气中干燥，阳极氧化采用两电极体系，在空气中540°C煅烧lh ;
[0020]二、Au-Pd双金属纳米粒子修饰:对步骤一制备的Ti02NBs进行Au_Pd双金属纳米粒子修饰，采用三电极体系，Ti02NBs为阴极，铂片为阳极，SCE电极为参比电极，0.1mM的氯金酸和氯化钮水溶液为Au和Pd源，沉积电势为-0.2V，Au沉积时间为10s，Pd沉积时间为5s，先沉积Au后沉积Pd，沉积后在100°C烘箱中烘干。
[0021]所述步骤二中得到的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂，通过光催化降解罗丹明B评价其性能，罗丹明B溶液浓度为5mg/L，降解时间为2h，采用35W氙灯模拟自然光，光源与催化剂距离为3cm，降解过程中每隔30min取一次样，用T6分光光度计测其吸光度的变化。
[0022]所述酸洗中所用酸洗液为HF: ΗΝ03: H20按照1: 4: 5体积比混合而成。
[0023]实施例2
[0024]一种Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，步骤如下:
[0025]一、Ti02NBs制备:对9mmX40mmX0.5mm的钛片进行阳极氧化处理制备Ti02NBs，电解液为乙二醇加水(19: lv/v)，氟化钱含量为0.4wt%，应用电压为60V，氧化时间为4h。阳极氧化前，钛片分别在乙醇和丙酮中超声清洗lOmin，然后酸洗30s (HF: ΗΝ03: Η 20 =1: 4: 5)，然后用去离子水冲洗，并于105°C空气中干燥。阳极氧化采用两电极体系。制备的样品在空气中550°C煅烧2h。
[0026]二、Au-Pd双金属纳米粒子修饰:对制备的Ti02NBs进行Au_Pd双金属纳米粒子修饰，采用三电极体系，Ti02NBs为阴极，铂片为阳极，SCE电极为参比电极，0.1mM的氯金酸和氯化钮水溶液为Au和Pd源，沉积电势为-0.15V，Au沉积时间为10s，Pd沉积时间为5s，先沉积Au后沉积Pd，沉积后的样品在105°C烘箱中烘干。
[0027]所述步骤二中得到的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂，通过光催化降解罗丹明B评价其性能，罗丹明B溶液浓度为5mg/L，降解时间为2h，采用35W氙灯模拟自然光，光源与催化剂距离为3cm，降解过程中每隔30min取一次样，用T6分光光度计测其吸光度的变化。
[0028]利用贵金属对Ti02光催化剂进行修饰，能够提高对可见光区的利用，提高光催化效率。相较于纯的Ti02光催化剂，1102的异质结能够把光吸收范围扩展到可见光区域并且提高电荷的分离和传输，因此能够提高光催化效率。在打02表面负载贵金属能够从以下两个方面提高打02的光催化性能。一方面，负载的贵金属能够促进电子捕获，增强电子空穴对的分离，提高Ti02的量子效率。另一方面，由可见光辐照引起的贵金属纳米结构自由电子的集体的连贯共振，即表面等离子体共振(SPR)，能够增强金属粒子周围的局域电场，局域电场与邻近半导体的相互作用导致在半导体近表面区域快速的形成电子空穴对，拓展宽带隙半导体的光吸收范围，提高对可见光的利用率，从而提高其光催化降解效率。
[0029]光吸收是影响1102光催化剂性能的一个重要因素，光吸收的强弱直接决定了导致污染物降解的光生载流子的产生。由表面电子共振引起的局部表面等离子体共振(SPR)使得Au纳米粒子能够对可见光产生响应。Au纳米粒子的SPR能够增强粒子表面的局部电场，产生表面增强的拉曼散射和红外吸收效应，SPR产生的强的局域电场能够增强Ti02光催化剂的催化活性。此外，Au纳米粒子与Ti02构成的异质结能够抑制光生电子空穴对的复合，提高Ti02光催化剂量子效率。
[0030]Pd负载不但能促进Ti02光催化性能以及增强0 2对光生电子的捕获，而且还能极大抑制光催化剂的失活。Pd修饰的Ti02光催化剂已经被成功的应用在气相光催化反应和污水处理。与单金属的Au和Pd相比，两种金属的复合表现出明显的协同效应，而且能够进一步的增强催化剂的催化活性和选择性。双金属纳米粒子能够具有单金属不具有的特殊的电子、光学、催化或者光催化性能。分析原因是由于Au-Pd双负载促进了光生载流子的有效分离以及H202的合成。如果光生电子被固定在Ti02表面的Au-Pd核壳结构纳米粒子捕获，并且被局限在Au核，那么由于电子的不均匀分布Ti02的光催化活性将被提高。
[0031]上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种Au-Pd/T1 2NBs光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下: 一、T12NBs制备:将钛片作为基体，对钛片进行阳极氧化处理制备T12NBs,电解液为乙二醇加水18?20: 1卜八)，氟化铵含量为0.4?0.6?七％，应用电压为55?65￥，氧化时间为2.5?3.5h，阳极氧化前，钛片分别在乙醇和丙酮中超声清洗8?12min，然后酸洗28?35s，而后用去离子水冲洗，并于100?110°C空气中干燥，阳极氧化采用两电极体系，在空气中540?555°C煅烧1.5?3h ; 二、Au-Pd双金属纳米粒子修饰:对步骤一制备的T12NBs进行Au-Pd双金属纳米粒子修饰，采用三电极体系，T12NBs为阴极，铂片为阳极，SCE电极为参比电极，0.1mM的氯金酸和氯化钮水溶液为Au和Pd源，沉积电势为-0.2?-0.15V，沉积时间为5?10s，先沉积Au后沉积Pd，沉积后在100?110°C烘箱中烘干。
2.根据权利要求1所述的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤二中得到的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂，通过光催化降解罗丹明B评价其性能，罗丹明B溶液浓度为5mg/L，降解时间为2h，采用35W氙灯模拟自然光，光源与催化剂距离为3cm，降解过程中每隔30min取一次样，用T6分光光度计测其吸光度的变化。
3.根据权利要求1所述的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，其特征在于:所述钛片尺寸为 9mm X 40mm X 0.5臟。
4.根据权利要求1所述的Au-Pd/Ti02NBs光催化剂的制备方法，其特征在于:所述酸洗中所用酸洗液为HF: HNO3: H2O按照I?2: 4?5: 5?6体积比混合而成。
【文档编号】B01J35/02GK104492431SQ201410750904
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】陈清华, 辛言君 申请人:青岛农业大学