[發明專利]氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦可見光光催化劑的制備

無效

• 申請號: 201010207656.2
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101862664A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 王宏志;曹廣秀;張青紅;李耀剛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J27/20
• 分類號: B01J27/20
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于納米二氧化鈦可見光光催化劑的制備領域，特別涉及氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦可見光光催化劑的制備方法。

背景技術

二氧化鈦因其具有價廉、無毒和較高的化學穩定性而成為光催化領域研究的熱點。但是二氧化鈦的帶隙能較大(～3.2eV)，只有在紫外光的照射下才能被激發，而紫外光只占太陽光的3～5％，因此，它在實際應用中受到了極大的限制。為了充分利用太陽光，對二氧化鈦進行修飾和改性，使其光譜吸收拓展至可見光區并提高其可見光光催化活性是目前該領域面臨的重要課題。

拓展二氧化鈦光譜吸收至可見光區最有效的方法是摻雜外來元素。自Asahi在Science，2001，293：269-271上首次報道了氮摻雜的二氧化鈦后，摻雜非金屬元素如：氮、碳、硼、硫和氟成了大家研究的熱點。雖然這些摻雜的二氧化鈦具有可見光響應，但是并不能保證光催化性能的提高。為保證二氧化鈦即具有可見光響應又表現較強的可見光光催化活性，Domen課題組在J.Phys.Chem.C?2007，111：18264-18270上報道了氮和氟共摻雜的二氧化鈦光催化劑的合成并用于可見光分解水，其光量子產率有了較大的提高。Cong等在J.Phys.Chem.C?2007，111：10618-10623報道了以共沉淀-水熱的方法合成了氮和鐵共摻雜的TiO₂，雙元素的摻雜可抑制電子-空穴對的復合，使該催化劑在可見光照射下降解諾丹明B的活性得到了極大的提高。Huo等在Appl.Catal.B?2008，83：78-84報道了在超臨界的條件下合成了鑭、硼共摻雜的TiO₂，結果表明：鑭以孤立的La₂O₃形式覆蓋在TiO₂的表面，硼則進入TiO₂的晶格中取代氧離子形成復合鍵。該樣品在可見光光區降解亞甲基藍表現出較強的光催化活性。Chen等在Ind.Eng.Chem.Res.2007，46，2741-2746報道了以溶膠-凝膠的方法合成了碳和氮共摻雜的納米二氧化鈦光催化劑，該光催化劑在可見光區表現出較好的可見光響應，同時在降解亞甲基藍溶液的過程中表現出較強的可見光光催化活性。Reyes-Garcia等在J.Phys.Chem.C?2007，111：17146-17154以sol-gel法合成了硼、氟共摻雜TiO₂粉末，硼和氟的摻雜可使二氧化鈦的光譜吸收發生紅移。在可見光光區對亞甲基藍的降解結果顯示硼、氟共摻雜TiO₂可提高光催化活性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦可見光光催化劑的制備，本方法反應條件溫和并且容易控制，設備簡單，原料來源豐富，合成過程簡單，產量較高，可用于大規模生產，所制備的氟、碳共摻雜納米二氧化鈦光催化劑具有比表面高、晶相純、表面酸性點多、可見光響應的性能。

本發明的氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦可見光光催化劑的制備方法，包括：

(1)溶膠的制備

在室溫下，將鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液在攪拌下滴加到氟化銨的水溶液與乙二胺中，室溫下攪拌8～12小時進行水解，得到溶膠，其中氟和鈦的摩爾比為0.05∶1～0.2∶1，乙二胺和鈦酸四丁酯的摩爾比為0.16∶1～0.48∶1；

(2)干凝膠的制備

將上述溶膠在70～100℃烘干8～12小時得到凝膠；

(3)煅燒

將凝膠在400～600℃煅燒1～3小時得到氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦可見光光催化劑。

所述步驟(1)中的鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液濃度為1M，氟化銨的水溶液濃度為0.05～0.3M，乙二胺的濃度為0.16～0.48M。

有益效果

(1)本方法反應條件為室溫、常壓，反應條件溫和，易于控制，設備簡單，原料易于采購，合成過程簡單。因此，易于工業化生產。

(2)所制備的氟、碳共摻雜的納米二氧化鈦光催化劑具有比表面高、晶相純、表面酸性點多、可見光響應的性能。

附圖說明

圖1為氟、碳共摻雜納米二氧化鈦的X射線衍射圖；

圖2為氟、碳共摻雜納米二氧化鈦的紫外-可見光譜圖；

圖3為氟、碳共摻雜納米二氧化鈦的透射電鏡照片；

圖4為氟、碳共摻雜納米二氧化鈦的氟的1s軌道XPS譜圖；

圖5為氟、碳共摻雜納米二氧化鈦的碳的1s軌道XPS譜圖；