[發明專利]鹵氧鉍/二氧化鈦復合光催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 201210185978.0
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN103464181A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王磊;王志軍;史喜成;王東輝;員汝勝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63971部隊
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛

技術領域

本發明一種新型光催化材料的制備方法，其具有半導體異質結構，屬于光催化技術，可應用在大氣治理和水污染處理等領域。

背景技術

隨著現代社會的飛速發展和科技工業的日益壯大，文明進步的同時，能源短缺和環境污染問題逐步顯現出來，甚至已經成為了人類發展的最大障礙。光催化技術在這個背景下應運而生。其價格低廉、適用性廣，得到業界的廣泛關注。但是以TiO₂為代表的傳統光催化材料，光量子效率和光能利用率普遍偏低，這是制約其產業化應用的最大瓶頸。

TiO₂雖然在實際應用中顯現出了極大的弊端，但其具有極強的化學穩定性和兼容性以及Ti-O鍵的獨特性質，為其進一步改性創造了條件。Martra等(Martra?G.，Applied.Catalysis?A，2000，200(2)：275-283.)將貴金屬如Au、Ag、Pt、Ru等沉積在催化劑表面，產生表面等離子體共振效應，可以增強TiO₂對可見光的吸收能力，實現可見光激發。Xie等(Xie?Y?B.，Environ.Sci.Technol.，1995，29：841-843.)利用高溫焙燒的方式將金屬離子嵌入到TiO₂晶格之中，顯著提升了催化材料的物理性質和催化能力。這兩種改性方法從電子轉移的角度入手，降低載流子復合率，可有效提升TiO₂的光催化活性。除此之外，通過表面修飾的方法也能夠得到具有可見光響應的高活性催化材料，例如趙進才等(Wu?T.，Zhao?J.，et?al.，New?J.Chem.，2000，24：93-98.)制備的染料光敏化材料和付賢智等人(付賢智等，催化學報，1999，20(3)：321-324)的硫酸酸化TiO₂分別在液相和氣相反應中表現出了較強的降解性能。然而以上改性方法會或多或少地引入一些新的問題，如穩定性下降、成本激增、制備復雜等等。正因如此，半導體異質結光催化材料以其顯著的促進效果、優異的穩定性及簡單易用的制備方法，得到業界的廣泛關注。

發明內容

本發明的目的在于針對傳統TiO₂催化性能的不足，基于半導體異質結原理，選擇與TiO₂能帶匹配的BiOX類半導體，提供一種新型復合鈦基光催化劑的制備方法和應用，解決現有光催化材料性能低、易失活的缺陷。

本發明的光催化劑是一種基于半導體異質結的鹵氧鉍/二氧化鈦復合光催化材料，本發明是通過如下技術方案實施的：

本發明先采用水熱法制備BiOX納米半導體材料，并通過調節水溶劑的pH值，改善其結晶度和吸光特性。隨后利用溶膠凝膠法將其按照一定比例與TiO₂復合，熱處理后得到BiOX/TiO₂復合材料。具體步驟為：該方法操作步驟如下：首先采用水熱法制備納米鹵氧鉍材料，將Bi(NO₃)₃·5H₂O和鹵化鈉等比例混合，加入60ml去離子水，劇烈攪拌10min，用NaOH調節pH(氯氧鉍調pH為6-8，溴氧鉍pH為12-14，碘氧鉍pH為12-14)，隨后充分攪拌，將混合液轉移至100ml高壓反應釜中，140-180℃保持24h，取沉淀，過濾、水洗、醇洗，50℃烘干，即得到納米鹵氧鉍；再利用溶膠凝膠法實現鹵氧鉍與二氧化鈦的復合，即按質量比1-3％將鹵氧鉍分別加入到鈦膠中，超聲5min，劇烈攪拌24h，微波烘干，得到的材料在400-500℃熱處理3h，即制得鹵氧鉍/二氧化鈦復合材料。其最優參數如下表所示。