[發(fā)明專利]一種金紅石/銳鈦礦二氧化鈦復合光催化劑的制備方法

有效

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• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102350332A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張青紅;石福志;王宏志;李耀剛
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬二氧化鈦復合光催化劑的制備領(lǐng)域，特別涉及一種金紅石/銳鈦礦二氧化鈦復合光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

二氧化鈦是目前公認最有效的一種光催化劑，因其化學穩(wěn)定性好，氧化活性高，對人體無毒害，成本低，應(yīng)用范圍廣而受到人們的廣泛關(guān)注。二氧化鈦光催化技術(shù)可不加選擇的將污水或空氣中的有機污染物直接礦化為二氧化碳、水和其它的無機小分子或離子，但如何進一步提高其光催化氧化的能力，一直是科研工作者研究的熱點。影響二氧化鈦光催化活性的因素有很多，如二氧化鈦的晶型、晶粒尺寸、比表面積和表面羥基等等，其中最重要的影響因素就是晶型(Langmuir，1997，13，360；J.Phys.Chem.B，2000，104，4815)。用于光催化的二氧化鈦晶型主要為銳鈦礦和金紅石兩種。一直以來人們都認為銳鈦礦相二氧化鈦具有更高的光催化活性。但近年來，有學者表明金紅石相二氧化鈦由于具有較低的禁帶寬度能夠利用更廣波長的光作為其激發(fā)光源，故相較銳鈦礦相二氧化鈦而言而顯示了更高的光催化性能(Appl.Catal.，B，2000，26，207；J.Am.Ceram.Soc.，2003，86，1677)。但以上兩種晶型單獨作用的效果都略差于德固賽的P-25。P-25一直以來都被用作光催化反應(yīng)的參考物質(zhì)，其比表面積為49m²/g，但其光催化活性卻相當高，雖然其擁有高氧化活性的機理尚不是很清楚，但人們都推測與其組成有關(guān)。P-25由80％的銳鈦礦二氧化鈦和20％的金紅石二氧化鈦所組成，銳鈦礦和金紅石兩種不同禁帶寬度二氧化鈦的復合，在紫外光的激發(fā)下，電子從高禁帶寬度的銳鈦礦相二氧化鈦轉(zhuǎn)移至低禁帶寬度的金紅石相二氧化鈦，增強了電子和空穴的分離效率，抑制了電荷復合而得到了如此的效果。

為了進一步探討P-25高反應(yīng)活性的機理和制備更高活性的二氧化鈦光催化劑，近年來國內(nèi)外進行了大量的研究工作。Ohno等人(Appl.Catal.，A，2003，244，383)采用物理方法將銳鈦礦和金紅石混合得到與P-25成份相似的物質(zhì)，但其光催化效果并不好。Kawahara等人(Angew.Chem.Int.Ed.，2002，41，2811)將銳鈦礦和金紅先后涂覆于石英基板上，此種類型的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)顯示了較好的光催化活性。緊接著Liu等人(Langmuir，2007，23，10916)用層層自組裝的方法將銳鈦礦二氧化鈦顆粒沉積在了金紅石棒的表面亦顯示了好的催化活性。核殼異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是一種重要的功能材料，其成分多變，功能多樣，不僅給新材料快速發(fā)展帶來了，其性能并不是核殼兩種材料功能的簡單疊加，特殊核殼結(jié)構(gòu)帶來了材料性能的突破。

核/殼結(jié)構(gòu)材料的常用制備方法有濕化學方法、化學氣相沉積和層層自組裝法。濕化學方法在制備過程中往往對前驅(qū)體和溶劑體系有獨特的要求，由于金屬醇鹽的高反應(yīng)活性和水作為溶劑和反應(yīng)劑的雙重作用，大部分反應(yīng)水解，濃縮和團聚過程幾乎同時發(fā)生，實驗參數(shù)的微小調(diào)整就會影響重復性，難以具有普適性；而化學氣相沉積制備得到的往往是單晶殼層，不適合用作對晶粒尺寸和比表面積有很強依賴性的物質(zhì)。而層層自組裝是目前制備核/殼結(jié)構(gòu)材料最有效的方法。層層自組裝制備核/殼結(jié)構(gòu)材料是通過將核浸泡在聚電解質(zhì)溶液中，核表面上修飾帶正電或負電的聚電解質(zhì)分子或離子，其便帶上了正電或負電，再將帶電荷的載體分散在膠體中，帶有相反電荷的膠粒在靜電吸引下沉積在載體上，于是獲得一層與膠粒直徑差不多厚的包覆層。其優(yōu)點是厚度可控、包覆均勻、特別適合制備超薄包覆層的核殼結(jié)構(gòu)材料，但為了得到均勻的包覆殼層，其使用的膠體和載體的濃度都非常低，如果制備一定數(shù)量的材料則需要大的設(shè)備，而為了制備具有一定厚度的殼層則需要不斷的重復包覆的過程。而殼層的非晶本質(zhì)和制備過程中引入的大量聚電解質(zhì)往往影響材料的性能。

所以發(fā)展快速、有效、不含有機聚電解質(zhì)、在未經(jīng)煅燒條件下即可得到核/殼結(jié)構(gòu)的金紅石/銳鈦礦二氧化鈦復合光催化劑的制備方法具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種金紅石/銳鈦礦二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，該方法簡單，原料低廉，對設(shè)備的要求低，制得的復合光催化劑保留了二氧化鈦納米晶粒高催化活性的特點，在多數(shù)光催化反應(yīng)中有著與氣相法制備的納米二氧化鈦類似的光催化活性。

本發(fā)明所涉及的一種金紅石/銳鈦礦二氧化鈦復合光催化劑的制備方法，包括：

(1)將鈦醇鹽溶解在無水低級醇中制成鈦醇鹽的無水醇溶液，其中鈦醇鹽的濃度為0.005～0.150mL/mL；