[發(fā)明專利]可見光活化的氧化亞銅/二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑的制備方法及其應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910301655.1
• 申請(qǐng)日: 2009-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN101537354A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李新勇;侯陽;肇啟東;全燮;陳國華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/72
• 分類號(hào): B01J23/72;B01J21/06;B01J35/02;B01J37/34;B01J37/16;A62D3/176;C02F1/32;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/72;B01D53/70;A62D101/20;A62D101/28
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無機(jī)窄禁帶寬度半導(dǎo)體復(fù)合二氧化鈦納米管電極的方法，特別涉及到具有可見光活性的氧化亞銅/二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源短缺和環(huán)境污染是本世紀(jì)全人類所面臨的共同問題。如何合理利用自然界中有限的能源、有效控制和解決環(huán)境污染問題是新世紀(jì)各國科學(xué)家所研究的熱門課題。近年來，逐漸興起的半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)，為我們提供了一種合理利用能源和治理環(huán)境污染的理想方法。使我們能夠真正實(shí)現(xiàn)利用取之不盡、用之不竭的太陽能解決環(huán)境污染和能源短缺問題。

半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)起源于上世紀(jì)七十年代，自Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)光照的TiO₂單晶電極能分解H₂O，利用半導(dǎo)體光催化劑把光能轉(zhuǎn)化成電能和化學(xué)能就成為最熱門的研究課題之一。最近，關(guān)于利用半導(dǎo)體光催化氧化降解有機(jī)污染物、還原重金屬離子、防霧、除臭、殺菌、自清潔等方面的應(yīng)用研究報(bào)道已不斷增加。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中，TiO₂因其具有化學(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、對(duì)人體無害、廉價(jià)、并且具有較深的價(jià)帶能級(jí)等特點(diǎn)，而成為半導(dǎo)體光催化研究領(lǐng)域中最活躍的一種物質(zhì)。然而，銳鈦礦型TiO₂的禁帶寬度為3.2eV，其激發(fā)波長為387.5nm，屬于紫外光區(qū)。而對(duì)于太陽光譜，主要能量集中于460nm-600nm波長范圍，所以紫外光所占比例不足5％。而室內(nèi)光源的能量也主要集中在550nm-600nm。從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)，如何實(shí)現(xiàn)TiO₂的可見光活性，高效利用太陽光中豐富的可見光和室內(nèi)弱光進(jìn)行光催化反應(yīng)是當(dāng)今研究的重點(diǎn)，也是最具挑戰(zhàn)性的課題。

為了提高TiO₂在可見光范圍內(nèi)的光譜響應(yīng)及其光催化量子效率，人們采用各種手段對(duì)TiO₂進(jìn)行改性，包括表面貴金屬沉積、金屬離子摻雜、稀土金屬摻雜、半導(dǎo)體光敏化、非金屬摻雜及其半導(dǎo)體復(fù)合。其中半導(dǎo)體復(fù)合是提高TiO₂光催化性能的有效手段。半導(dǎo)體復(fù)合實(shí)質(zhì)上是一種顆粒對(duì)另一種顆粒的修飾。半導(dǎo)體復(fù)合TiO₂可提高體系的電荷分離效果，擴(kuò)展光譜響應(yīng)范圍，進(jìn)一步提高了催化劑的光量子效率。近年來關(guān)于TiO₂半導(dǎo)體復(fù)合的體系研究主要包括：CdS-TiO₂、CdSe-TiO₂、ZnO-TiO₂、SnO₂-TiO₂、PbS-TiO₂、WO₃-TiO₂、Cu₂O-TiO₂等。Yasomanee等人(Yasomanee，J.P.；Bandara，J.Sol.Energy?Mater.Sol.Cells.2008，92，348-352)采用溶膠濺射法和電沉積法聯(lián)用制備出了Cu₂O-TiO₂復(fù)合薄膜，在可見光照射的條件下成功的實(shí)現(xiàn)了分解水。Siripala等人(Siripala，W；Ivanovskaya，A；Jaramillo，T；Baeck，S.H；EricW；McFarland.Sol.EnergyMater.Sol.Cells.2003，77，229-237)發(fā)現(xiàn)Cu₂O-TiO₂復(fù)合薄膜在太陽光譜中的可見光區(qū)域有較好的光電催化活性。Zhang等人(Zhang，Y.G.；Ma，J.L；u，Y.Environ.Sci?Technol.2007，41，6264-6269)利用電解的方法合成出了Cu₂O-TiO₂復(fù)合薄膜，在Fenton試劑輔助的條件下，可見光光催化降解了亞甲基藍(lán)。前面所述的TiO₂都是關(guān)于其粉體形式的報(bào)道。然而，TiO₂納米管是TiO₂的有一種存在形式，由于納米管具有大的比表面積，因而具有較強(qiáng)的吸附能力，有助于提高TiO₂的光催化性能。并且，光生載流子比顆粒狀更容易從離子內(nèi)部遷移到表面，從而減小了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率。距今為止，還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于Cu₂O復(fù)合晶面擇優(yōu)生長的TiO₂納米管陣列電極光催化能力的報(bào)道。所以具有可見光活性的氧化亞銅/二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑的光催化特性還沒有被更好地應(yīng)用。