本发明涉及一种锶空位可调的钛酸锶的制备方法及其在光催化制氢领域的应用。
背景技术：
随着我国经济的不断增长和能源消耗的日益增多，能源短缺和环境污染己经成为制约我国经济进一步发展的两大难题。开发新型清洁能源和治理环境污染成为科学研究的重点和热点。氢能，燃烧热值高。燃烧同等质量的氢产生的热量，约为汽油的3倍、酒精的9倍、焦炭的4.5倍；氢的导热性能好，比大多数气体的导热系数高出10倍，是优秀的传热载体；氢气燃烧产物为水，不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘等对环境有害的物质，是最理想的清洁能源之一。虽然工业上制备氢气的方法有很多，比如，水电解制氢，煤炭气化制氢，重油及天然气水蒸气催化转化制氢等方法，但这些方法反应消耗的能量都大于产生的能量，氢在生产上的瓶颈限制了氢气更加广泛的使用。因此，寻找绿色、环保、低能耗、高效的制氢方法是众多科学研究者一直努力的方向。研究发现，在紫外光和可见光的照射下，利用光催化剂直接分解水是大规模生产清洁h2最有效的方法。但由于现有光催化材料对太阳能的利用不足及其光生电子和空穴之间存在较高的复合率，光催化技术在制氢方面应用受阻。因此，开发制备高效的光催化剂材料是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提出了一种锶空位可调的钛酸锶的制备方法及其在光催化制氢领域的应用，本发明通过改变锶空位的含量可提升钛酸锶光催化材料产氢的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种锶空位可调的钛酸锶的制备方法，通过以下方法制备得到：
将0.1～0.2mol柠檬酸与30～40ml去离子水在常温下搅拌溶解，将0.04～0.06mol钛酸四丁酯快速加入到柠檬酸的水溶液中，在热磁力搅拌仪上80～100℃下搅拌溶解至澄清；向溶解后的溶液中加入0.03～0.07mol乙酸锶，待乙酸锶溶解后加入30～40ml乙二醇，在热磁力搅拌仪上110～130℃下搅拌1～3h直至形成凝胶；将凝胶放入120℃烘箱中干燥，将干燥后的凝胶置于瓷坩埚中，送入马弗炉中，设置升温条件：升温速率5～15℃/min，300～400℃恒温1～2h，自然冷却后充分研磨，获得钛酸锶光催化剂前驱体粉末；取4g钛酸锶前驱体粉末置于瓷坩埚中，送入马弗炉中高温烧结，设置升温条件：升温速率5～15℃/min，600～800℃恒温1～3h，自然冷却，得到锶空位可调的钛酸锶光催化剂。
进一步地，通过改变加入的乙酸锶的量来控制钛酸锶中锶空位的含量，乙酸锶溶液的质量在钛酸锶催化剂中的占比为1～10:100；
本发明还提供了一种锶空位可调的钛酸锶在光催化制氢领域的应用，将制得的钛酸锶应用于光催化分解水制氢领域。
进一步地，将40～60mg钛酸锶催化剂粉末、80～100ml去离子水、5～15ml三乙醇胺和2～4wt％氯铂酸装入石英反应器中，用磁力搅拌器搅拌，得到混合溶液。利用真空泵，对光催化反应器分段抽真空，使体系达到真空状态，再用300w氙灯垂直进行照射，进行光催化分解水制氢。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
(1)与纯钛酸锶相比，含有适量锶空位的钛酸锶具有良好的光催化活性。
(2)锶空位的存在减少了光生电子和空穴的复合，有利于电子和空穴的分离，从而提升了钛酸锶的光催化制氢活性。
(3)制备方法工艺简单便捷、成本低，制备得到的光催化剂光催化性能好、杂质少、反应进行完全。
附图说明
图1为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4得到的钛酸锶样品的xrd图谱；
图2为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4得到的钛酸锶样品的光催化产氢活性随时间变化图；
图3为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4得到的钛酸锶样品的光催化产氢平均速率图。
具体实施方式
本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
实施例1：将0.15mol柠檬酸与35ml去离子水在常温下搅拌溶解，将0.05mol钛酸四丁酯快速加入到柠檬酸的水溶液中，在热磁力搅拌仪上90℃下搅拌溶解至澄清；向溶解后的溶液中加入0.045mol乙酸锶，待乙酸锶溶解后加入34ml乙二醇，在热磁力搅拌仪上120℃下搅拌2h；将溶液置于瓷坩埚中，坩埚加盖，送入马弗炉中，设置升温条件：升温速率10℃/min，350℃恒温1h，自然冷却后充分研磨，获得钛酸锶光催化剂前驱体粉末；取4g钛酸锶前驱体置于瓷坩埚中，送入马弗炉中高温烧结，设置升温条件：升温速率10℃/min，700℃恒温2h，自然冷却，得到钛酸锶样品(sr0.9tio3)。
实施例2：与实施例1不同之处为：加入的乙酸锶含量为0.040mol，制得钛酸锶样品(sr0.8tio3)。
实施例3：与实施例2不同之处为：加入的乙酸锶含量为0.0475mol，制得纯钛酸锶样品(sr0.95tio3)。
实施例4：与实施例3不同之处为：加入的乙酸锶含量为0.05mol，制得纯钛酸锶样品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种锶空位可调的钛酸锶的制备方法，其特征在于：通过以下方法制得，
步骤一、制备锶空位可调的钛酸锶的前驱体的制备：按重量份计，①将20～30份柠檬酸与25～35份去离子水置于烧杯中，在常温下搅拌溶解；②将2～10份钛酸四丁酯快速加入到①所得的的水溶液中，在热磁力搅拌仪上80～100℃下搅拌溶解至澄清；③向②所得的溶液中加入5～15份乙酸锶，待乙酸锶溶解后加入35～45份乙二醇，在热磁力搅拌仪上110～130℃下搅拌1～3h直至形成凝胶；将凝胶放入120℃烘箱中干燥，将干燥后的凝胶置于瓷坩埚中，坩埚加盖，送入马弗炉中，设置升温条件：升温速率5～15℃/min，300～400℃恒温1～2h，自然冷却后充分研磨，获得锶空位可调的钛酸锶的前驱体粉末。
步骤二、锶空位可调的钛酸锶光催化剂的制备：称取步骤一制得的前驱体粉末4g置于瓷坩埚中，送入马弗炉中高温烧结，设置升温条件，升温速率5～15℃/min，600～800℃恒温1～3h，自然冷却，得到锶空位可调的钛酸锶。
2.如权利要求1所述锶空位可调的钛酸锶光催化剂，其特征在于，步骤一中的乙酸锶溶液的质量在钛酸锶催化剂中的占比为1～10:100。
3.一种锶空位可调的钛酸锶在光催化制氢领域的应用，其特征在于：将权利要求1制得的钛酸锶应用于光催化分解水制氢领域。
4.如权利要求3所述一种锶空位可调的钛酸锶在光催化制氢领域的应用，其特征在于：将40～60mg钛酸锶催化剂粉末、80～100ml去离子水、5～15ml三乙醇胺和2～4wt％氯铂酸装入石英反应器中，用磁力搅拌器搅拌，得到混合溶液；利用真空泵，对光催化反应器分段抽真空，使体系达到真空状态，再用300w氙灯垂直进行照射，进行光催化分解水制氢。
技术总结