[發明專利]TiO2空心球多聚體光催化劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210083298.8
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN102626612A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 安太成;陳江耀;李桂英;史慧賢
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州地球化學研究所
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/08;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，特別涉及一種TiO₂空心球多聚體光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近十幾年來，光催化氧化技術被大量地應用于消除揮發性有機化合物（VOCs）的污染。該技術的最大的優勢是可以在溫和的條件下將各式各樣的VOCs轉化成低毒或者無害的化合物。在光催化降解VOCs的過程中，光催化劑扮演了很重要的角色。在眾多的光催化劑中，二氧化鈦（TiO₂）因具有卓越的光催化氧化性能、抗光腐蝕、無毒且價廉等優點而成為光催化反應中最有應用潛力的光催化劑。然而，在實際應用中，由于TiO₂顆粒上電子-空穴復合速率很快且TiO₂對VOCs的吸附性能較差，使得其對VOCs的光催化降解效率相對較低。因此，高效的TiO₂光催化劑的研發仍然是環境應用領域需要克服的難題。

近幾年來，TiO₂空心球因其密度低、比表面積大等優點吸引了大量研究者的關注。研究發現，TiO₂空心球具有的空心結構和大的內部表面積，使得其具有很高的捕光效率和使電荷快速運動的能力。目前大部分制備TiO₂空心球的方法為模板法，需要通過后期的煅燒或者去除模板得到空心球，制備過程復雜、成本較高且不適合于大規模應用。為了簡化這種復雜的TiO₂空心球的制備方法，研究者更加關注采用簡單、無模板法制備TiO₂空心球材料。但是目前還沒有采用直接腐蝕鈦片來制備TiO₂空心球多聚體的研究報道。?

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種TiO₂空心球多聚體光催化劑的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的TiO₂空心球多聚體光催化劑。

本發明的再一目的在于提供所述的TiO₂空心球多聚體光催化劑的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種TiO₂空心球多聚體光催化劑的制備方法，包括如下步驟：將清洗干凈的鈦片置于氟化銨澄清水溶液中進行水熱反應，氟化銨澄清水溶液的濃度為0.001～0.133g/mL；待反應溶液冷卻后，收集反應溶液中的沉淀物，洗滌沉淀物，烘干，煅燒，得TiO₂空心球多聚體光催化劑；

所述的清洗干凈的鈦片優選通過如下方法制備得到：將鈦片依次在丙酮、異丙醇和甲醇中超聲清洗15?min，然后用水反復清洗至水洗液的pH值為6～7，最后在80?℃烘干，即得；

所述的鈦片的長度優選為5～100?mm，寬度優選為5～100?mm，厚度優選為0.05～0.5?mm；

所述的氟化銨澄清水溶液采用以下方法制備得到：將氟化銨加入水中，攪拌，即得；

所述的攪拌的時間優選為1～60?min；

所述的氟化銨澄清水溶液的用量優選為10～200?mL；

所述的水熱反應的條件優選為于60～250?℃反應2～72?h；

所述的洗滌沉淀物采用以下方法洗滌：用水反復離心洗滌沉淀物，直至洗液的pH值為6～7；

所述的烘干的條件優選為于50～180?℃烘1～36?h；

所述的煅燒的條件優選為300～800?℃煅燒2～12?h；

所述的水均為去離子水。

一種TiO₂空心球多聚體光催化劑，通過上述制備方法制備得到；

所述的TiO₂空心球多聚體光催化劑特別適合在環保領域作為降解揮發性有機物的光催化劑，具有廣闊的應用范圍。

本發明的機理為：反應開始時，氟化銨水解生成氫氟酸，接著鈦片被氫氟酸蝕刻，在鈦片表面形成二氧化鈦納米顆粒；隨著反應時間的延長，鈦片上生成的二氧化鈦顆粒慢慢形成TiO₂小球（包括實心小球和空心小球），由于球與球之間存在著Ti-OH基團，TiO₂小球慢慢形成TiO₂小球多聚體；隨著TiO₂小球多聚體的增多，它們從鈦片上脫落到溶液中，并在氟離子的作用下進一步反應，形成TiO₂空心球多聚體。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：