[發明專利]用于紫外光及可見光催化活性材料的光催化納米材料

無效

• 申請號: 200810042433.8
• 申請日: 2008-09-03
• 公開（公告）號: CN101357330A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 賀蘊秋;周文明;葉愛玲
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;C03C17/23
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳樹德

技術領域

本發明涉及一種用于紫外光及可見光催化活性材料的光催化納米材料，晶體結構為WO₃·0.33H₂O，用這種納米晶體制備的光催化納米晶粉體或納米晶薄膜在紫外光或可見光照射下都具備降解有機污染物的性能。

背景技術

納米尺度光催化材料具有降解空氣和水中各種無機和有機污染物的功能，可用于環境治理和保護。當它涂覆在不同基體如玻璃、陶瓷和塑料表面形成薄膜時，可使這些材料具有自清潔功能。目前廣泛開發和應用的光催化劑是氧化鈦納米材料，但是氧化鈦作為光催化材料的不足之處是只能用紫外光照射激發。由于紫外光僅占約5％左右的太陽光能量，因此氧化鈦的這一光催化特點限制了它在太陽光源條件下的光催化降解污染物效率，也影響到它在室內缺少紫外光源條件下的應用。為此，需要開發在紫外及可見光波長范圍均具有良好光催化活性的材料。

目前已經發明的各種紫外及可見光波長光催化材料主要是對氧化鈦納米晶體的摻雜、修飾或復合，使主晶相氧化鈦的吸收波長從紫外光向可見光波段延伸，形成一定的可見光催化活性。已經有的此類發明包括：

用沉淀法和水熱法制備氧化鎢修飾氧化鈦晶體，其吸收波長可大于400nm，具有可見光光催化活性(中國公開號CN1775349)；

或用尿素作為添加原料制備氮摻雜氧化鈦納米晶體，也具有可見光的光催化活性(中國公開號CN1257013)；

或將硒化鎘納米顆粒通過巰基乙酸連接到氧化鈦納米棒上，形成復合結構，也獲得了可見光催化活性(中國專利號ZL200410054124.4)；

此外，還有發明用硫脲、硝酸鑭或氯化鑭和四氯化鈦為原料反應得到摻雜硫、鑭的氧化鈦晶體，通過如此的復合摻雜得到可見光催化活性。

然而在這些發明中，無論是金屬離子摻雜抑或是非金屬離子摻雜，摻雜離子濃度都只能局限于百分之幾，從而使可見光催化活性難以大幅提高；另一方面，已有發明中的氧化鈦修飾和復合材料的制備方法一般需要更多的工序，將導致生產成本的增加。

盡管除了氧化鈦以外，也有氧化鋅等其它半導體氧化物光催化性能的研究開發，但相比較于氧化鈦的豐富原料儲存，以及氧化鈦晶體的優良化學穩定性，迄今為止尚沒有更適宜的取代物，因而氧化鈦還是目前光催化材料中最具實用價值的一種材料，大量的研究開發仍然集中于氧化鈦光催化活性的改進。目前就光催化材料的大規模推廣應用而言，開發新型高效率的紫外及可見光催化材料具有重要價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種用于紫外光及可見光催化活性材料的光催化納米材料，包括光催化納米晶粉體和光催化納米晶薄膜，具有在紫外光或可見光催化下，可降解空氣和水中各種無機和有機污染物的功能，納米晶薄膜可使基材具有自清潔功能。

本發明所要解決另一技術問題在于提供一種針對上述光催化納米材料的制備方法。

本發明提供一種解決上述技術問題的技術方案：一種用于紫外光及可見光催化活性材料的光催化納米材料，為光催化納米晶粉體，該光催化納米晶粉體的晶體結構為WO₃·0.33H₂O，平均晶粒尺度小于30nm。

提供一種針對上述光催化納米晶粉體的制備方法，包括：將鎢粉加入雙氧水溶液中氧化完全，加入濃度調節劑和酸度調節劑制成混合液，經化學沉淀法形成黃色WO₃·0.33H₂O納米晶懸浮液，經過濾干燥，制得WO₃·0.33H₂O納米晶粉體，其中，所述的濃度調節劑為水、乙醇、丙醇、異丙醇中的一種或其組合物，所述的酸度調節劑為乙酸、鹽酸、硝酸中的一種或其組合物。

本發明中的WO₃·0.33H₂O納米晶體是這樣實現的：將鎢粉在室溫下溶于雙氧水溶液，溶液中首先形成沉淀物[WO₂(O₂)]·1.6H₂O，然后將此系統在低溫下反應一段時間，最后得到黃色沉淀，即為所需WO₃·0.33H₂O晶相。

在此過程中系統經歷如下反應：

在上述方案的基礎上，所述雙氧水溶液的用量不低于為鎢粉重量的2.5倍，混合液的濃度為80g/L～250g/L，pH值為1.0～3.0。

進一步，雙氧水溶液的用量不低于鎢粉重量的5倍。