一种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极及其制备方法与应用

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1.本发明属于光电催化技术领域，具体涉及一种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极及其制备方法与应用。

背景技术：

2.随着工业革命的兴起、工业化以及人类社会的繁荣发展，化石燃料作为人类经济发展的主要能源，一方面，在全球持续增长的能源需求下，面临着枯竭的危机。另一方面，化石燃料的燃烧和人类活动，引发一系列环境问题，例如，全球变暖、冰川融化、土地沙漠化等。因此，将通过高效环保的技术转化成可利用的资源，光电催化分解水是解决能源问题和环境问题的一种非常有前景的手段，也是在能源领域中具有挑战性的研究方向。
3.光电催化技术是指催化剂在光照条件下，在一定电压下，将光能转化为化学反应所需要的能量，进而产生催化作用，是一种新型节能环保技术。其中用太阳能光催化分解水，最受关注。从inoue等人的开创性工作以来，已有许多研究致力于半导体的光催化/光电催化分解水，例如tio2。但是由于tio2禁带宽度大(约为3.2ev)，只能利用太阳光中约4％的紫外光能量，限制了其在光催化/光电催化领域的应用。
4.三氧化钨作为一种可见光半导体催化剂，因其无毒、价廉、稳定性高等优点引起了广泛的关注，利用三氧化钨制备的光阳极在光电催化领域也获得越来越多研究。尽管三氧化钨有较好的可见光吸收特性，但由于其比表面积小、能带结构窄、光生空穴和电子易于复合等缺陷，导致实际的量子效率不高、光电催化活性不高。因此，目前有许多研究采用了大量的方法包括贵金属沉积、半导体复合、金属离子和非金属离子掺杂等对三氧化钨进行改性，然而效果仍不够理想。因此，开发制备简单、催化活性高的光阳极仍是重要的研究方向。

技术实现要素：

5.针对现有技术中三氧化钨光阳极的缺陷，本发明的目的是提供一种简单、催化活性高的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极及其制备方法与应用。
6.为实现以上技术目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供的这种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，包括以下步骤：
8.1)将偏钨酸铵溶液滴铸在导电基底上，干燥，煅烧，得到三氧化钨光阳极；
9.2)将步骤1)得到的三氧化钨光阳极先置于含金离子和铂离子的溶液中浸渍，干燥后再在水合肼溶液中浸渍，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。
10.作为优选，所述步骤1)中，偏钨酸铵溶液的浓度为0.05～0.5g/ml，导电基底为fto或ito。
11.作为优选，所述步骤1)中，煅烧温度为300～600℃，煅烧时间为1～8h。
12.作为优选，所述步骤2)中，含金离子和铂离子的溶液中，含金物质为氯金酸或氯金
酸钠，含铂物质为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾中的任意一种。
13.作为优选，所述步骤2)中，含金离子和铂离子的溶液中，金离子的浓度为5～25mmol/l，铂离子的浓度为5～25mmol/l。
14.作为优选，所述步骤2)中，三氧化钨光阳极在含金离子和铂离子的溶液中浸渍的时间为1～5h，在水合肼溶液中浸渍的时间为5～30min。
15.作为优选，所述步骤2)中，水合肼溶液的浓度为0.1％～1％。
16.根据上述制备方法制得的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。
17.所述金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极中，负载金、铂的摩尔百分比含量相对于光阳极分别为0.5％～5％。
18.所述金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极，利用金、铂双金属的催化协同作用，能够增加光响应范围，提高光生电子-空穴对的分离效率，从而提高光电催化性能。
19.本发明提供的这种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极在光电催化分解水中的应用，包括如下步骤：将所述金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极作为光阳极、将铂电极作为阴极，与电解液一起组装成光电解池，在光照强度和偏压下，水在光阳极上被氧化为氧气，在阴极上被还原为氢气。
20.作为优选，所述电解液为硫酸钠溶液，电解液的质量浓度为0.1～100g/l，光照强度为100～500mw
·
cm-2
，偏压为0～3v。
21.相对于现有技术来说，本发明的技术方案带来的有益效果是：
22.1、本发明的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极由金和铂在三氧化钨表面原位还原形成，双金属的催化作用以及两者协同作用明显增强，金和铂纳米颗粒作为电荷接受体，提高了光生电子和空穴的分离和转移效率，从而提高了光阳极的光电催化性能。所合成的光阳极在光电催化反应方面具有重要的实际应用价值。
23.2、本发明的技术方案通过简单温和的溶液处理，将金和铂沉积在三氧化钨表面，并可以通过调控溶液浓度和浸渍时间等条件，即可实现金和铂纳米颗粒含量的调控。
24.3、本发明的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极，在光电催化水分解时，相对于原始的三氧化钨光催化剂具有更高的光催化活性，太阳光利用率高，在光电催化分解水方面具有更好的应用前景。
25.本发明提供了一种操作简单、环保、经济的制备方法制得高效光阳极，解决了现有的光电催化分解水中存在光吸收效率低、光电催化活性低等缺点，减轻了对化石资源的依赖，开发出了绿氢能生产工艺。
附图说明
26.图1为本发明光电催化分解水反应的示意图；
27.图2为本发明实施例1中光阳极的扫描电镜图；
28.图3为本发明实施例1中光电催化产生氢气和氧气速率。
具体实施方式
29.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
30.实施例1
31.将0.05g/ml浓度的偏钨酸铵在fto上滴铸，干燥，500℃煅烧2h，得到三氧化钨光阳极。将上述三氧化钨光阳极在含10mmol/l氯金酸和5mmol/l氯铂酸的溶液中浸渍2h，干燥后，在浓度0.6％水合肼溶液中浸渍10min，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的扫描电镜图如图2所示，石榴状的三氧化钨微球相互连接而成。
32.应用例1
33.以实施例1制得的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极作为光阳极，铂片为阴极，以71g/l硫酸钠溶液为电解质组装成电解池，然后在am1.5g光照下(100mw
·
cm-2
)，1.23v偏压下反应3h。反应装置示意图如图1所示。
34.用气相谱检测光电催化产物，结果如图3所示。由此可见，金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极是单纯的三氧化钨光阳极的光电催化效率的3倍。
35.实施例2
36.将0.1g/ml浓度的偏钨酸铵在fto上滴铸，干燥，300℃煅烧1h，得到三氧化钨光阳极。将上述三氧化钨光阳极在含10mmol/l氯金酸钠和10mmol/l氯铂酸钠的溶液中浸渍1h，干燥后在浓度1％水合肼溶液中浸渍5min，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。
37.应用例2
38.以实施例2制得的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极作为光阳极，铂片为阴极，以0.1g/l硫酸钠溶液为电解质组装成电解池，然后在am1.5g光照下(300mw
·
cm-2
)，0.5v偏压下反应3h。
39.用气相谱检测光电催化产物，其光电催化产氢速率为2.3μmolcm-2
h-1
，产氧速率为1.15μmolcm-2
h-1
。
40.实施例3
41.将0.5g/ml浓度的偏钨酸铵在ito上滴铸，干燥，600℃煅烧8h，得到三氧化钨光阳极。将上述三氧化钨光阳极在含25mmol/l氯金酸和25mmol/l氯铂酸钾的溶液中浸渍5h，干燥后在浓度1％水合肼溶液中浸渍30min，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。
42.应用例3
43.以实施例3制得的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极作为光阳极，铂片为阴极，以100g/l硫酸钠溶液为电解质组装成电解池，然后在am1.5g光照下(500mw
·
cm-2
)，2v偏压下反应3h。
44.用气相谱检测光电催化产物，其光电催化产氢速率为8.5μmolcm-2
h-1
，产氧速率为4.25μmolcm-2
h-1
。
45.通过以上实施实例，申请人以举例的方式说明了以金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法以及光电催化分解水性能。以上所述仅为本发明的较佳实施例,本发明的保护范围不限于上述的实施案例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化和修饰,皆应属本发明的涵盖范围,本技术所要求的保护范围如本技术权利要求书所示。

技术特征：

1.一种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，包括以下步骤：1)将偏钨酸铵溶液滴铸在导电基底上，干燥，煅烧，得到三氧化钨光阳极；2)将步骤1)得到的三氧化钨光阳极先置于含金离子和铂离子的溶液中浸渍，干燥后再在水合肼溶液中浸渍，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。2.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，偏钨酸铵溶液的浓度为0.05～0.5g/ml，导电基底为fto或ito。3.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，煅烧温度为300～600℃，煅烧时间为1～8h。4.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，含金离子和铂离子的溶液中，含金物质为氯金酸或氯金酸钠，含铂物质为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾中的任意一种。5.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，含金离子和铂离子的溶液中，金离子的浓度为5～25mmol/l，铂离子的浓度为5～25mmol/l。6.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，三氧化钨光阳极在含金离子和铂离子的溶液中浸渍的时间为1～5h，在水合肼溶液中浸渍的时间为5～30min。7.根据权利要求1所述的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，水合肼溶液的浓度为0.1％～1％。8.一种如权利要求1～7任一项所述制备方法制得的金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。9.一种如权利要求8所述金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极在光电催化分解水中的应用，包括如下步骤：将所述金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极作为光阳极、将铂电极作为阴极，与电解液一起组装成光电解池，在光照强度和偏压下，水在光阳极上被氧化为氧气，在阴极上被还原为氢气。10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述电解液为硫酸钠溶液，电解液的质量浓度为0.1～100g/l，光照强度为100～500mw
·
cm-2
，偏压为0.5～2v。

技术总结

本发明公开了一种金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极及其制备方法与应用，包括如下步骤：1)将偏钨酸铵溶液滴铸在导电基底上，干燥，煅烧，得到三氧化钨光阳极；2)将步骤1)得到的三氧化钨光阳极先置于含金离子和铂离子的溶液中浸渍，干燥后再在水合肼溶液中浸渍，得到金、铂双金属修饰的三氧化钨光阳极。本发明通过操作简单、环保、经济的制备方法制得高效光阳极，使其具有更高的光催化活性，太阳光利用率高，在光电催化分解水方面具有更好的应用前景，对于绿氢能生产工艺提供了新的方法。对于绿氢能生产工艺提供了新的方法。对于绿氢能生产工艺提供了新的方法。