[發明專利]一種可見光響應鈦基薄膜的制備及降解二元染料的方法

無效

• 申請號: 201110080337.4
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102188986A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 陶霞;黃玉萍;李昕;陳建峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;A62D3/10;A62D101/28;A62D101/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于二氧化鈦薄膜材料技術領域，具體涉及碘摻雜的二氧化鈦薄膜的制備方法及用作染料可見光光催化降解染料的研究。

背景技術

由于全球環境污染和能源危機的出現，人們高度關注能源和環境問題，迫切要求開發高效、低能耗、使用范圍廣、不污染環境的功能材料。由于光催化技術能夠降解和分解有機和無機污染物，不產生二次污染，且光催化過程不需使用昂貴的氧化劑，同時還可利用太陽光引發光催化過程，光催化劑還可再生和循環利用等特點。因此，光催化技術及光催化材料的研究成為目前最為活躍的研究方向之一。在光催化領域里，TiO₂是使用最多的光催化劑。因為它無毒無害、價廉、催化活性高、化學性能穩定、光生空穴具有強氧化性，因此，以TiO₂為主的光催化材料在光催化氧化有機污染物、水和空氣的凈化、細菌和病毒的破壞、自清潔材料的合成、界面的光誘導親水等方面得到了廣泛的研究。

納米TiO₂雖然用途廣泛，但目前仍然存在著一些問題。TiO₂禁帶寬度較大，只能利用只占太陽光4％-％5的短波長紫外光，不能充分利用太陽光中占大部分的波長較長的可見光能量。對這個問題，可以通過采用摻雜其它元素等手段適當縮小TiO₂禁帶寬度或形成多級禁帶，使其能夠吸收利用可見光。2001年日本的Asahi(Asahi?R.，Morikawa?T.，Ohwaki?T.，Aoki?K.，Taga?Y.，Science，2001，293，269)小組在TiO₂中摻雜N元素，置換TiO₂部分氧形成新的價帶結構，實現了在可見光照射下降解水相和氣相中的有機物。同年，德國的Maier教授(Maier?F.，Applied?Catalysis?B：Environmental，2001，.32，215-227)也發現了碳摻雜的TiO₂具有可見光催化活性，并在多次反應之后仍然保持其活性。最近，Ho等人合成出新型可見光光催化劑F-TiO₂(Ho?W.K.，Yu?J.C.，Lee?S.C.，Chem.Commun.，2006，1115-1117)和S-TiO₂(Ho?W.K.，Yu?J.C.，Lee?S.C.，Journal?of?Solid?State?Chemistry，2006，179，1171-1176)，有效地將TiO₂得吸收光譜擴展到可見光區域，提高了可見光光催化活性。Luo等(Luo?H.，Takata?T.，Lee?Y.，et?al，Chem.Mater.，2004，16，846)采用水熱合成的方法，以TiCl₄作為鈦源，在氫溴酸和乙醇混合溶液中合成Br和Cl共摻雜的TiO₂。除非金屬N，C，F，S，Br，Cl等元素外，碘摻雜的TiO₂也具有可見光活性。Hong等(Hong?X.T.，Wang?Z.P.，Cai?W.M.et?al，Chem.Mater.，2005，17，1548)通過直接水解法制備了可見光響應的碘摻雜的TiO₂催化劑。Liu等(Liu?G.，Chen?Z.G.，Dong?C.L.，Zhao?Y.N.，Li?F.，Lu?G.Q.，Cheng?H.M.，J.Phys.Chem.B，2006，110，20823-20828)利用兩步模板水熱合成法制備出了介孔碘摻雜TiO₂。實驗證實：碘是很好的導帶電子捕獲體，可以有效抑制電子-空穴對的快速復合，提高光生電子的利用率，碘摻雜的TiO₂的吸收光譜擴展到了可見光區域，提高了可見光光催化活性。

然而，通過查閱國內外相關期刊文獻以及專利資料，發現當前應用非金屬元素摻雜的思路制備可見光響應型TiO₂薄膜，大都集中在N、C摻雜，I摻雜TiO₂材料雖然已被證實在紫外光和可見光下都表現出了優越的光學性能，但卻始終沒有被合理有效地引入可見光響應型薄膜材料制備及應用領域，且I摻雜TiO₂材料多是以粉體形式被應用于光催化降解中。

發明內容