[發明專利]一種多孔納米TiO2的制備方法

有效

• 申請號: 201110339199.7
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102502810A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉福生;李玲;方婷;朱濤;盧南;劉戀戀;黃華;王文韜
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;C01G23/08;B82Y40/00
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技術領域

本發明涉及一種多孔納米TiO₂的制備方法，屬于光催化材料領域。

背景技術

隨著工業化進程的加快，能源消費的急劇增加，環境污染日益嚴重。在環境污染中，化學污染占各類污染的80％～90％，產生污染的主要原因是化學工業生產排出的廢氣、廢水和廢渣。據國家統計局發布的數據顯示，目前我國是全球二氧化硫第一大排放國和二氧化碳第二大排放國。工業廢水排放量也大幅增加，使得30％的重點城市飲用水源地水質達不到III類標準，流經城市90％的河段受到不同程度的污染，湖泊、水庫富營養化程度加重。工業固體廢物的排放狀況也不容樂觀。目前，我國工業固體廢物的堆放存量已經達到73億噸，占用和毀壞土地200萬畝，對水土造成嚴重污染。

人類能源消費的劇增、化石燃料的匱乏至枯竭以及生態環境的日趨惡化，迫使人們不得不思考人類社會的能源問題。國民經濟的可持續發展，依仗能源的可持續供給，這就必須研究開發新能源和可再生能源。太陽能是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、全球各國均能夠自由和平利用的能源，也是各種可再生能源如生物質能、風能、海洋能、水能等其它能源之本。據估計，太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，如果把地球表面0.1％的太陽能轉換為電能，轉換效率5％，每年發電量可達5.6×10¹²千瓦小時，相當于目前世界年耗能源的40倍。隨著全球能源危機和環境危機日益加深，可再生新能源的開發備受關注，各國政府都十分重視可再生能源的開發，是各國大力投入的熱門研究領域。

環境污染嚴重危害生態環境，破壞生態平衡，只有加大清潔能源的開發力度，不斷提高清潔能源比例，使用清潔工藝治理環境污染，保護生態環境，才是人類可持續發展的必由之路。太陽能是諸多可再生能源中最受關注的新能源之一，目前，太陽能的利用方式主要有光熱轉換、光電轉換、光化學能轉換(光催化分解水制氫)、光催化降解有機污染物等方式。光化學能轉換(光催化分解水制氫)、光催化降解有機污染物的關鍵材料是光催化材料(即光催化劑)。

光催化劑是一類開發利用太陽能必備的半導體材料。目前，已被科學家們研究的半導體光催化劑種類繁多，如TiO₂、RuO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、SrTiO₃、CuO/SrTiO₃、NiO/SrTiO₃和Sr₃Ti₂O₇等，在眾多半導體光催化劑中，TiO₂最受關注。與其它半導體相比，TiO₂具有穩定性高、耐光腐蝕、耐化學腐蝕、難溶、環境友好、資源豐富和應用成本低等特點，是最有前途的光催化劑之一。由于TiO₂的帶隙高達3.2eV，只能吸收紫外光分解水制氫，不能直接將可見光轉化為化學能。到達地面的太陽輻射能中紫外光能僅占5％左右，可見光能卻高達50％左右，因此，用太陽光作光源輻射TiO₂直接進行光催化分解水制氫和光催化降解污染物的效率極低，不可能達到實際應用的目的，這使得改性TiO₂成為一個全球范圍內十分活躍的研究熱點。目前，提高TiO₂光催化效率的方法主要有TiO₂納米化和多孔化、貴金屬負載、金屬離子摻雜、非金屬摻雜、染料和窄帶隙半導體敏化、與其它半導體復合等方法。

材料的結構與性能密切相關，結構決定性能，材料結構的可控制備是材料科學領域的熱點研究方向，是制備高性能材料的重要手段。目前關于納米材料可控制備方法的研究報道很多。自1987年Penner等人提出了納米材料的模板合成方法以來，模板法因具有工藝簡單、操作方便、能耗低等優點，受到了廣泛的關注。利用模板法，通過改變模板的直徑和其它工藝參數可以獲得形狀和大小可控的納米材料。目前已經用于納米晶、納米薄膜、半導體、納米管和納米線等材料的制備，在納米材料制備領域具有重要的地位，成為制備高性能材料的重要手段。