[發(fā)明專利]磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑及合成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710072686.5
• 申請日: 2007-08-21
• 公開（公告）號: CN101371981A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 井立強(qiáng);付宏剛;秦旭;薛連鵬;王文欣
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所
• 代理人: 陳曉光

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑及合成方法，

背景技術(shù)：

納米二氧化鈦是一種重要的無機(jī)半導(dǎo)體功能材料，由于它擁有獨(dú)特的催化、 電學(xué)、光學(xué)以及光化學(xué)等方面的性能而引起人們廣泛的關(guān)注。納米二氧化鈦以 其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、強(qiáng)氧化還原性、抗光腐蝕性、無毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn) 為是比較理想的光催化劑之一。二氧化鈦光催化氧化技術(shù)有望成為新一代的高 效、節(jié)能、環(huán)保的污染物防治技術(shù)。但因其帶隙能(3.2eV)較高而導(dǎo)致對太陽 光的利用率較低，同時也存在自身量子效率較低的問題，從而限制了二氧化鈦 光催化氧化技術(shù)的實用化。為了進(jìn)一步提高二氧化鈦的光催化性能，表面修飾 是經(jīng)常被采用的一種方法。但是尚未見到采用磷酸對納米二氧化鈦進(jìn)行表面修 飾的報道。根據(jù)最新研究成果可知，二氧化鈦銳鈦礦向金紅石的相轉(zhuǎn)變是由團(tuán) 聚的銳鈦礦粒子內(nèi)部界面開始的，隨著熱處理溫度升高，逐漸從內(nèi)部向外部擴(kuò) 展，直至表面?？梢酝茰y在發(fā)生相轉(zhuǎn)變初期，銳鈦礦微晶團(tuán)聚或燒結(jié)不顯著， 同時初步形成了粒子內(nèi)部含有少量金紅石而外部主要為銳鈦礦相的殼層結(jié)構(gòu)。 粒子內(nèi)部含有少量金紅石相不會影響二氧化鈦的光學(xué)吸收，但是由于能級匹配 而由銳鈦礦和金紅石兩種晶相所形成的同質(zhì)異相結(jié)是有利于表面銳鈦礦發(fā)生光 生電荷分離的，這對光催化是有利的。因此，通過提高納米二氧化鈦晶相轉(zhuǎn)變 溫度且使其為含有少量金紅石的混晶相，可能實現(xiàn)具有粒子尺寸細(xì)小、比表面 積大、結(jié)晶度高等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的納米二氧化鈦的設(shè)計合成，進(jìn)而獲得具有較高光 催化活性的納米二氧化鈦。磷酸的表面修飾不僅改變了納米銳鈦礦二氧化鈦的 表面性質(zhì)，而且很大程度地提高了其由銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)而顯 著地提高了納米銳鈦礦二氧化鈦的光催化活性，甚至超過國際商品P-25型二氧 化鈦的。因此，采用適當(dāng)方法實現(xiàn)磷酸對納米銳鈦礦二氧化鈦的表面修飾，可 進(jìn)一步提高其結(jié)晶度，最終達(dá)到改善材料光電性能的目的。在本發(fā)明中，首次 利用磷酸表面修飾實現(xiàn)了對納米二氧化鈦光催化劑性能的有效改善。

發(fā)明目的：

本發(fā)明的目的是提供一種合成磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化 劑及合成方法，通過磷酸表面修飾試圖改變納米銳鈦礦二氧化鈦的表面性質(zhì)， 并且很大程度地提高其由銳鈦礦向金紅石相的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)而顯著地改善納米 銳鈦礦二氧化鈦的光催化活性，甚至超過國際商品P-25型二氧化鈦的光催化活 性。所構(gòu)建的新型半導(dǎo)體納米材料用于改善材料在光催化等方面的性能。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑的合成方法，將鈦酸四丁酯 和無水乙醇的均勻混合液在劇烈攪拌條件下以每分鐘30滴的速度緩慢地滴入到 由無水乙醇、二次蒸餾水和濃硝酸組成的混合體系中，繼續(xù)攪拌2小時，得到 淡黃色的二氧化鈦溶膠，接著將二氧化鈦溶膠以30mL為一單位轉(zhuǎn)移到聚四氟 乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，密封，在160℃的條件下水熱6小時，冷卻至室溫， 倒掉上清液，得到淡黃色的膏狀納米二氧化鈦，然后將膏狀納米二氧化鈦轉(zhuǎn)移 到燒杯中并倒入磷酸水溶液，攪拌，加熱，攪拌直至粘稠，干燥，研磨，焙燒， 最終得到磷酸修飾的納米二氧化鈦粉末。

所述的磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑的合成方法，所述的 鈦酸四丁酯和無水乙醇的均勻混合液是在室溫連續(xù)攪拌條件下，將20mL鈦酸 四丁酯緩慢地加入到20mL無水乙醇中，繼續(xù)攪拌30分鐘，獲得均勻混合液， 所述的無水乙醇、二次蒸餾水和濃硝酸組成的混合體系是在室溫連續(xù)攪拌條件 下，將80mL無水乙醇加入到20mL二次蒸餾水中，再加入4mL70％的濃硝 酸，繼續(xù)攪拌30分鐘，獲得混合體系。

所述的磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑的合成方法，所述的 將漿狀物轉(zhuǎn)移到燒杯中并倒入磷酸水溶液是將每個高壓反應(yīng)釜中的膏狀納米二 氧化鈦轉(zhuǎn)移到100mL的燒杯中，接著加入1mL的二次蒸餾水或濃度為0.05-1.2 mol/L的系列磷酸水溶液，攪拌1小時，所述的加熱是以10℃/min從室溫升 到80℃，在恒溫下連續(xù)攪拌，蒸發(fā)溶劑，直至粘稠。

所述的磷酸表面修飾的納米二氧化鈦高活性光催化劑的合成方法，所述的 干燥是在干燥箱中100℃溫度下干燥6小時。