[發明專利]一種磷、氮和鉬三元共摻雜納米TiO2光催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210184788.7
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN103464188A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 沈艷芳;崔新宇;吳杰;熊天英
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J27/19
• 分類號: B01J27/19;C02F1/30
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及納米光催化材料技術領域，具體涉及一種磷氮鉬三元共摻雜納米TiO₂光催化劑的制備方法。

背景技術

TiO₂光催化劑因其光催化效率高、化學穩定性強、無毒性和成本低等優點，在能源和環境領域具有一定的潛在應用價值。目前，其在太陽能染料敏化電池（DSSC）、自清潔材料、殺菌材料和環境污染治理等方面的應用已初具規模。然而，由于TiO₂是一種寬禁帶的半導體，能帶寬度約為3.0～3.2eV，只有波長小于387nm的紫外光才能被TiO₂吸收，這就極大地限制了TiO₂的廣泛應用。在當今這一能源短缺、環境污染嚴重的時代，人類千方百計地利用自然能源，尤其是綠色清潔、取之不盡、用之不竭的太陽能。如果能夠設法改變TiO₂的能帶結構，使其在可見光，尤其是太陽光的照射下即可被激發，則TiO₂光催化劑將會在能源和環境領域得到廣泛應用，為人類帶來無盡的福音。

在過去的眾多研究中，人們通常采用單一的金屬摻雜、非金屬摻雜，或者將兩種非金屬元素共摻雜，或者將金屬元素與非金屬元素共摻雜。總之，摻雜元素的種類都在二元以內。考慮到在研究傳統的金屬材料時，為了改善材料的性能，人們往往加入多種合金元素，在本研究中，將摻雜元素的種類擴大到三種，以期能夠更加有效地減小TiO₂的能帶寬度，增加其對可見光的吸收能力，從而提高其在可見光下的光催化效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種在可見光下具有較高的光吸收效率和光催化活性的由磷、鉬和氮元素三元共摻雜的納米TiO₂光催化劑的制備方法。

本發明技術方案如下：

一種磷、氮和鉬三元共摻雜納米TiO₂光催化劑的制備方法，該方法以磷鉬酸銨((NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆]·xH₂O)作為摻雜元素的前驅體，采用溶膠-凝膠法制備磷、氮和鉬三元共摻雜納米TiO₂光催化劑。具體包括如下步驟：

（1）將鈦的前驅體加入無水乙醇中，攪拌30分鐘，得到鈦的前驅體溶液；其中，鈦的前驅體與乙醇的體積比例為17～20:40~50；

（2）將無水乙醇和水以40~50:10～15的體積比例混合后得到乙醇的水溶液，然后在攪拌條件下將磷鉬酸銨和表面活性劑加入乙醇的水溶液中，調節其pH值為1.5～2之間，得到摻雜元素的前驅體溶液；其中，乙醇的水溶液中磷鉬酸銨的加入量為9.6～191.5g/L，乙醇的水溶液中表面活性劑的加入量為10～20g/L；

（3）在攪拌條件下，將步驟（2）中摻雜元素的前驅體溶液逐滴加入步驟（1）中鈦的前驅體溶液，得到溶膠；

（4）將步驟（3）所得溶膠在室溫條件下凝膠24小時，再在60~80℃下干燥10～12小時得到干凝膠；

（5）將干凝膠經研磨得到非晶態的(P,Mo,N)-TiO₂粉末，在空氣氣氛下將粉末在400℃下焙燒4小時，即得到TiO₂光催化劑。

步驟（1）中所述鈦的前驅體為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸乙酯。

步驟（2）中所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、PEG6000或P123。

步驟（2）中通過加入濃硝酸調節其pH值；所述濃硝酸為質量分數70％的濃硝酸。

步驟（3）中摻雜元素的前驅體溶液滴入鈦的前驅體溶液的速度為0.1L/h。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明由于恰當地選用了摻雜元素的前驅體（磷鉬酸銨），從而使P、N和Mo三種元素能夠一步摻入TiO₂，大大減少了操作步驟，有利于提高制備效率和節約成本。所制備(P,Mo,N)三元共摻雜納米TiO₂光催化劑在可見光下顯示出了優異的光催化性能，無論對染料還是不吸收可見光的有機物均有良好的降解效果，其光催化效率超過了國際知名TiO₂商品DegussaP25，具有工業化前景。