[發明專利]方酸菁染料敏化二氧化鈦可見光催化劑、制備方法及應用

無效

• 申請號: 201210184899.8
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102688782A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李忠玉;房永玲;徐松;錢健;吳春暉
• 申請（專利權）人: 常州大學;常州浩瀚新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01D53/86;C02F1/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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技術領域

本發明屬于光催化技術領域，具體涉及一種方酸菁染料敏化的二氧化鈦可見光催化劑的制備及應用，這種可見光催化劑能夠有效利用太陽光中的可見光，從而提高光催化量子效率和拓寬光譜響應。

背景技術

納米TiO₂光催化劑因催化活性高、化學性質穩定且無毒，是目前公認的理想的光催化材料，在環境污染治理方面具有廣闊的應用前景。然而，目前TiO₂光催化氧化技術主要處于實驗室模擬處理層次上，尚未投入大規模實際應用，這主要是由于TiO₂?在實用化過程中有著自身無法突破的瓶頸:?(1)?帶隙較寬(3.2eV)?,只能吸收波長小于387?nm的紫外光有響應,而這樣波長的紫外光僅占太陽光的4%左右,使得TiO₂對太陽光的利用率低;?(2)?光生電子-空穴對壽命短,光催化過程量子效率低。因此，為了提高對太陽光的利用率，就必須對TiO₂進行改性處理，使其具有可見光響應的光催化性能。此外，TiO₂的吸光能力越強，光照產生的電子-空穴對越多，被分離的電子和空穴引起反應的幾率就越大，催化劑活性就會越高。

為了解決上述問題,很多研究采用摻雜過渡金屬離子、貴金屬沉積、半導體復合等方法試圖提高其光催化效率,并使其對可見光的吸收閾值波長紅移,取得了較大的進展,但均未有實質性的突破。染料敏化是拓展半導體光響應范圍的一種方法，通過選擇合適的光敏化劑，使其通過化學或物理吸附的方法吸附于催化劑表面，在可見光照射下，吸附態光活性分子吸收光子后，被激發產生自由電子，然后激發態光活性分子將電子注入到半導體的導帶上，從而拓寬了半導體激發波長的范圍，使之能利用可見光降解有機物。專利CN1680021A和CN1680022A提出了用酞菁染料敏化二氧化鈦制備可見光催化劑的方法，提高了光催化劑的活性。但是酞菁染料存在生產成本高，難以提純等缺點，不利于實際推廣應用，因此選擇結構合適，易于合成，性能優良的敏化劑染料，是制備二氧化鈦可見光催化劑的關鍵。

方酸菁染料具備了方酸衍生物和菁染料的優良特性，具有良好的光熱穩定性和化學穩定性，并在可見和近紅外區有很強的吸收帶和熒光發射峰，可以成為制備二氧化鈦可見光催化劑的光敏劑分子。本發明以一類方酸菁染料作為光敏劑，實施了二氧化鈦可見光催化劑的制備以及光催化降解有機物的應用。

發明內容

本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種太陽光利用率高、光催化效率高的方酸菁染料敏化的二氧化鈦可見光催化劑,其組分包括方酸菁染料和二氧化鈦,其中方酸菁染料和二氧化鈦的質量比為為100：0.5～10。

本發明還提供了上述一種方酸菁染料敏化的二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，按照下述步驟進行：將二氧化鈦與方酸菁染料和有機溶劑混合，有機溶劑與二氧化鈦的質量比約為2：1，然后在30℃～40℃的溫度下，將上述混合物在頻率為20～100kHz，超聲波功率為400～4000W的條件下處理0.5～6小時，將有機溶劑蒸干，最后將得到的固體物在60℃下烘干，即可獲得方酸菁染料敏化的二氧化鈦可見光催化劑。

其中所述的二氧化鈦與方酸菁染料的質量比為100：0.5～10。

其中所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、四氫呋喃、氯仿中的一種。

其中所述的方酸菁染料的結構如結構式（1）所示：

結構式（1）

結構式（1）中取代基R₁為H、-(CH₂)_iM、-(CH₂)_iC₆H₄Z、C₁～C₁₂的烷基中的任意一個基團，其中M為COOH、OH、H中的任意一種基團，C₆H₄為苯環，Z為COOH、OH、NO₂、CH₃O、鹵素Cl、Br、I等任意一種基團，i為1～12的正整數。

結構式（1）中取代基R₂為O、S、Se、C(CH₃)中的任意一個基團。

結構式（1）中取代基X為H或SO₃H、COOH、NO₂、CH₃O、鹵素Cl、Br、I等任意一種基團。

所述的二氧化鈦可以是市售產品納米級二氧化鈦P25,也可以是現有方法制備的納米二氧化鈦。