一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂

1.本发明属于纳米复合材料和光催化技术领域，具体涉及一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂。


背景技术：

2.醛是一种重要的化工产品。目前，合成醛的工艺相对复杂，而且存在使用危险和腐蚀性试剂，污染环境等问题。光催化氧化醇合成醛路线是一条绿色环保、高效节能的合成路线。二氧化钛光催化剂具有优异的光催化氧化性能，然而，由于二氧化钛能带比较宽，主要吸收紫外光，对太阳能的利用率很低。硅酸银的能带小，能够很好的吸收可见光，因此，将硅酸银和二氧化钛组合形成异质结，能够有效提升可见光的吸收能力，促进光生电子和空穴的分离，实现醇醛的高效光催化转换。


技术实现要素：

3.为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
4.一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂，所述硅酸银纳米粒子沉积在二氧化钛的四个(100)暴露晶面上形成了硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂，所述纳米棒复合催化剂的两端为尖状；所述二氧化钛的四个(100)暴露晶面分别与硅酸银的(-116)晶面紧密结合构筑了异质界面。
5.进一步地，所述催化剂是以二氧化钛纳米管为载体，采用一步水热法合成的。
6.本发明提供了所述的一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：
7.(1)将偏硅酸钠、二氧化钛纳米管加入到去离子水中，配制成溶液a。将硝酸银溶液加入到去离子水中，配制成溶液b；将溶液b逐滴添加到溶液a，搅拌后将反应釜密封恒温，冷却水洗、离心，干燥，制得硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂。
8.进一步地，所述制备方法中二氧化钛和硅酸银的质量比为1:0.5～1:1.5。
9.进一步地，所述制备方法中二氧化钛和偏硅酸钠的质量比为1:0.25-1:0.75。
10.进一步地，所述制备方法中搅拌时间为10～30min，反应釜水热恒温温度为140～160℃，水热恒温时间15～24h，干燥温度60～80℃，干燥时间12～24h。
11.本发明提供了所述制备方法制备得到的催化剂用于光催化氧化苯甲醇制备苯甲醛反应中。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果：
13.本发明以硝酸银、偏硅酸钠和二氧化钛纳米管为反应物，采用一步水热法合成了硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂。二氧化钛纳米棒优先暴露4个活性{100}晶面，硅酸银纳米粒子吸附在二氧化钛的{100}晶面，有效形成异质结复合催化剂，并应用于光催化氧化醇合成醛反应中表现了优异的催化性能，其苯甲醇的转化了为100％，苯甲醛的选择性可达100％。
附图说明
14.图1为本发明所合成催化剂的xrd表征。
15.图2为本发明所合成催化剂的sem表征；其中：
16.图2a为所合成催化剂的形貌图；图2b为图2a的放大图
17.图3为所合成催化剂的tem电镜图；其中：
18.图3a低分辨tem图；图3b为图3a的放大的高分辨tem图片
19.图4为本发明所合成催化剂的光催化氧化苯甲醇制备苯甲醛反应性能。
具体实施方式
20.以下结合具体实施例对本发明处理工艺作进一步说明。
21.实施例1
22.硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂制备
23.在室温下，将0.495g的偏硅酸钠、1g二氧化钛纳米管加入的15ml去离子水中，配制成溶液a。将0.85g的硝酸银溶液加入到15ml去离子水中，配制成溶液b；随后在搅拌下，将溶液b逐滴添加到溶液a，继续搅拌10min后将反应釜密封，160℃下恒温20h，冷却至室温后水洗、离心，在60℃下干燥12h，制得硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂。
24.实施例2
25.光催化氧化苯甲醇制备苯甲醛反应
26.光催化氧化醇制备醛反应在光反应釜中进行。反应前，向釜中依次加入30ml乙腈、30μl 邻二甲苯、20-40μl苯甲醇，50mg的催化剂，搅拌均匀后，通入氧气至压力为0.5mpa，在光照条件下，控制反应温度为40-80℃，反应0-7h后。通过气相色谱对原液及反应液分别进行检测，计算苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性。
27.对比例1
28.单相硅酸银的制备
29.制备方法、工艺参数与实施例1的相同，区别是本实施例在配制溶液a时不加入二氧化钛纳米管。
30.图1为催化剂的xrd谱图，硅酸银和二氧化钛异质结复合催化剂谱峰仅出现了与单相硅酸银和二氧化钛样品相对应的衍射峰，证明形成了硅酸银和二氧化钛复合催化剂。
31.图2给出了硅酸银和二氧化钛异质结复合催化剂的形貌表征，图2a,b为所合成催化剂的 sem图片，从图中我们可以清楚地看到催化剂是由暴露四个面的纳米棒组成的。
32.图3为tem图片，从图3a可以看到，棒的表面存在一些小的纳米粒子，同时，根据图 3b高分辨电镜晶格条纹，可以看到纳米棒的四个面暴露的是二氧化钛的{100}晶面，而表面的纳米粒子是硅酸银的{-116}晶面，基于以上分析，可以证明硅酸银纳米粒子沉积在了二氧化钛的四面纳米棒上，有效形成了异质结复合催化剂。
33.从图4可以看出，随反应时间的增加，所合成的催化剂的转化率逐渐升高。硅酸银和二氧化钛复合催化剂比单相的二氧化钛和硅酸银表现出增强的反应活性。反应7h，单独的硅酸银没有活性，二氧化钛仅达到37％，而复合催化剂苯甲醇的转化率可达100％，苯甲醛的的选择性高达100％。
34.对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都
可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。


技术特征：
1.一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂，其特征在于，所述硅酸银纳米粒子沉积在二氧化钛的四个(100)暴露晶面上形成了硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂，所述纳米棒复合催化剂的两端为尖状；所述二氧化钛的四个(100)暴露晶面分别与硅酸银的(-116)晶面紧密结合构筑了异质界面。2.一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂，其特征在于，所述催化剂是以二氧化钛纳米管为载体，采用一步水热法合成的。3.一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将偏硅酸钠、二氧化钛纳米管加入到去离子水中，配制成溶液a。将硝酸银溶液加入到去离子水中，配制成溶液b；将溶液b逐滴添加到溶液a，搅拌后将反应釜密封恒温，冷却水洗、离心，干燥，制得硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂。4.根据权利要求3所述的一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，二氧化钛和硅酸银的质量比为1:0.5～1:1.5。5.根据权利要求3所述的硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，二氧化钛和偏硅酸钠的质量比为1:0.25-1:0.75。6.根据权利要求3所述的硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间为10～30min，反应釜水热恒温温度为140～160℃，水热恒温时间15～24h，干燥温度60～80℃，干燥时间12～24h。7.权利要求3-5任一项所述制备方法制备得到的催化剂用于光催化氧化苯甲醇制备苯甲醛反应中。

技术总结
本发明涉及一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂，属于纳米复合材料和光催化技术领域。一种硅酸银和二氧化钛四面纳米棒复合催化剂，所述催化剂以二氧化钛纳米管为载体，采用一步水热法合成了硅酸银和二氧化钛四面纳米棒异质结复合催化剂；所述硅酸银纳米粒子沉积在二氧化钛的四个(100)暴露晶面上，二氧化钛的四个(100)暴露晶面分别与硅酸银的(-116)晶面紧密结合构筑了异质界面。116)晶面紧密结合构筑了异质界面。


技术研发人员：史全全 李金梅 巩霞 平贵臣
受保护的技术使用者：内蒙古农业大学
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/5/6