本发明属于新能源和纳米材料，具体涉及一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂及其制备方法与应用。
背景技术：
1、化学结构稳定的有机磷化合物不易氧化、分解，也难被微生物降解，能长期在环境中滞留，可能发生化学变化转化成为毒性更强、危害性更大的二次污染物。若这些物质长期停留在动植物体内，有害成分可以通过食物链不断富集和积累，对人类生活环境造成更大的危害。传统的材料主要是低成本的多孔材料，如活性炭等比表面积大、孔结构丰富、吸附效率高、化学性质稳定的材料。为了减少污染物的危害，催化反应是最简单、最有效的解毒方法。催化剂是整个系统的核心，因此催化剂的设计与合成尤为重要。与传统的纳米级催化剂相比，单原子催化剂表现出更好的催化性能，它结合了均相催化剂和多相催化剂的优点。单原子催化剂具有表面自由能大、量子尺寸效应和不饱和配位环境等独特的结构特点，使其表现出比传统纳米催化剂更优越的活性、稳定性和选择性。
2、对于单原子活性位点催化剂，金属原子及基底材料是影响材料性能的关键因素。它们之间的强相互作用可以稳固金属单原子位点，同时产生催化性能。由于表面酸碱度和氧化还原特性，我们选择了氧化物载体负载金属单原子位点，以获得足够的缺陷位点来锚定单个金属原子。tio2作为纳米半导体材料的典型代表，能作为金属单原子活性位点的载体，用于各类有机物的降解。然而，tio2基光催化材料存在明显的缺点和缺陷，例如光吸收效率低、载流子重组速率快，这些性质严重降低了实际应用场景下的可重复使用效率。因此，开发出兼具高降解性能和循环使用特性的光催化材料便显得尤为重要。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本发明提出一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂及其制备方法与应用，以解决如何制备兼具高降解性能和循环使用特性的光催化材料的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
5、s1.第一前驱液制备
6、将正硅酸四乙酯、ph调整剂分散于醇溶液中，水浴条件下持续搅拌，得到含硅的溶胶第一前驱液；
7、s2.第二前驱液制备
8、将钛酸四丁酯、ph调整剂分散于醇溶液中，水浴条件下持续搅拌，得到含钛的溶胶第二前驱液；
9、s3.生成单原子前驱体
10、将含硅的溶胶第一前驱液和含钛的溶胶第二前驱液混合均匀，加入对苯二甲酸和三乙醇胺，在水浴下充分搅拌后，加入金属盐溶液持续反应，将共沉积底物质过滤后，用去离子水洗涤，真空干燥，得到单原子催化剂前驱体；
11、s4.合成单原子催化剂
12、将干燥后的单原子催化剂前驱体在还原气氛条件下煅烧，得到tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂。
13、进一步地，制备方法具体包括如下步骤：
14、s1.第一前驱液制备
15、按照质量比，将8～12份正硅酸四乙酯、4.5～9份ph调整剂分散于30～50份醇溶液中，40℃水浴条件下持续搅拌10～30min，得到含硅的溶胶第一前驱液；
16、s2.第二前驱液制备
17、按照质量比，将15～22份钛酸四丁酯、8～12份ph调整剂分散于45～65份醇溶液中，40℃水浴条件下持续搅拌10～30min，得到含钛的溶胶第二前驱液；
18、s3.生成单原子前驱体
19、将含硅的溶胶第一前驱液和含钛的溶胶第二前驱液按照质量比(1.8～3.2):1混合均匀，加入1～2.5份对苯二甲酸和0.8～1.8份三乙醇胺，在40℃水浴下充分搅拌30min后，加入正硅酸四乙酯和钛酸四丁酯总量0.1～1.5％的金属盐溶液持续反应，将共沉积底物质过滤后，用去离子水洗涤，并在80℃条件真空干燥，得到单原子催化剂前驱体；
20、s4.合成单原子催化剂
21、将干燥后的单原子催化剂前驱体在还原气氛条件下煅烧，煅烧温度为250～350℃，充分反应3～5h，得到tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂。
22、进一步地，ph调整剂为氨水、冰醋酸、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸铵溶液、醋酸钠溶液中的一种。
23、进一步地，ph调整剂的浓度为1m。
24、进一步地，醇溶液为乙醇、乙二醇、异丙醇、正丙醇水溶液中的一种。
25、进一步地，醇溶液中醇与去离子水的体积比为(2～3.5):1。
26、进一步地，金属盐溶液为硝酸银、氯化银、氯金酸、氯铂酸、乙酰丙酮银、乙酰丙酮铂溶液中的一种。
27、进一步地，金属盐溶液的离子浓度为50～200mg/l。
28、进一步地，还原气氛为高纯h2、高纯ar、h2与ar体积比为5％的h2与ar混合气中的一种。
29、此外，本发明还提出一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂，该单原子催化剂采用上述方法制备得到，金属活性位点以单原子形态稳定锚定于载体表面。
30、(三)有益效果
31、本发明提出一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括第一前驱液制备、第二前驱液制备、生成单原子前驱体和合成单原子催化剂。本发明制备的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂在tio2/sio2复合纳米颗粒上负载高活性的金属单原子位点，合成的催化剂活性高，能够高效催化有机磷污染物，且成本低、安全可靠，在化学性质稳定的污染物处理领域展现出较大的应用潜力。
32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33、1.本发明的方法制备流程短、操作便捷、设备简单，适合大规模制备和工业化生产。
34、2.本发明选择硅质材料作为支撑基体的基础组分，可以增强二氧化钛的机械稳定性和光催化性能。
35、3.本发明中tio2和sio2的结合有利于诱导生成高浓度的氧空位和表面缺陷，获得更多的金属离子附着位点。
36、4.本发明采用复合氧化物作为基底，其表面结构可以作为电荷重组中心，减弱tio2上的载流子重组，最终提高材料的光催化活性和光电转化效率。
37、5.本发明制备的tio2/sio2复合氧化物基金属单原子催化剂具有稳定的原子分散结构，对稳定的有机磷污染物(甲基磷酸二甲酯)具有优异的光降解能力。
38、6.本发明制备的单原子催化剂与原始tio2纳米颗粒相比，对有机磷污染物的降解效率提高20％以上，使用寿命提高数倍，能够实现可重复使用性能的增强。
1.一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
3.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述ph调整剂为氨水、冰醋酸、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸铵溶液、醋酸钠溶液中的一种。
4.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述ph调整剂的浓度为1m。
5.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述醇溶液为乙醇、乙二醇、异丙醇、正丙醇水溶液中的一种。
6.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述醇溶液中醇与去离子水的体积比为(2～3.5):1。
7.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液为硝酸银、氯化银、氯金酸、氯铂酸、乙酰丙酮银、乙酰丙酮铂溶液中的一种。
8.如权利要求1或2所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液的离子浓度为50～200mg/l。
9.如权利要求1所述的tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为高纯h2、高纯ar、h2与ar体积比为5％的h2与ar混合气中的一种。
10.一种tio2/sio2复合氧化物基单原子催化剂，其特征在于，所述单原子催化剂采用权利要求1～9任一项所述的方法制备得到，金属活性位点以单原子形态稳定锚定于载体表面。
