[發明專利]具有可見光活性的Ti3+與碳共摻雜TiO2光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210559245.9
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103028386A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 何丹農;劉睿;張金龍;邢明陽;楊小龍;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司;華東理工大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J37/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種TiO₂光催化劑及其制備方法。特別是一種具有可見光活性的Ti³⁺與碳共摻雜TiO₂光催化劑及其制備方法。?

背景技術

近年來，關于Ti³⁺改性TiO₂以及還原態TiO₂表面氧缺陷的研究越來越受到人們的關注。由于TiO₂表面形態與催化劑的性能密切相關，因此關于TiO₂表面性質的研究一直成為研究的熱點。而針對表面缺陷位的研究更是表面化學一直以來的研究熱點之一。Sasikala等研究發現TiO₂-SnO₂復合光催化劑表面存在著大量的Ti³⁺和氧空穴，它們可能是引起催化劑在可見光區產生吸收的原因。Lu等采用真空高溫煅燒的方法，在TiO₂表面的(001)面上產生了大量的氧缺陷，每個氧缺陷周圍對應產生了兩個還原態的Ti³⁺。這些表面Ti³⁺很容易與催化劑表面吸附的D₂O、¹³CH₂O以及¹⁵NO發生還原反應，對應生成D₂、¹³C₂H₄以及¹⁵N₂O，并通過對還原產物的檢測來定量考察表面Ti³⁺以及氧缺陷的產生情況。Nakamura等采用等離子體處理的方法制得表面具有大量氧缺陷的TiO₂，該催化劑除了具有良好的可見光吸收外，在可見光下對NO也有良好的氧化活性。EPR表征結果發現，催化劑表面并沒有Ti³⁺的特征峰，這說明表面Ti³⁺非常不穩定，很容易被氧化。Zuo等采用一步化學還原反應法制備了體相中含有穩定Ti³⁺的還原性TiO₂光催化劑，并成功用它來進行可見光光解水制氫實驗。此外，Wallace等發現表面缺陷的存在不僅可以引起TiO₂在可見光區的響應，還對TiO₂表面負載金屬（如金、鈷等）的分散性及穩定性也起著重要的作用。?

然而，傳統摻雜方法的制備工藝比較復雜且設備成本和生產成本過高，嚴重制約其工業化推廣。此外，摻雜改性TiO₂普遍存在的一個問題是，在紫外光下，摻雜元素的引入會產生更多的光生電子和空穴復合中心，雖然摻雜后催化劑的可見光活性提高了，但其紫外光活性卻大大降低。因此我們迫切需要提出一種新的簡單廉價的改性方法，用來制備同時具有高可見及紫外光活性的TiO₂。?

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種具有可見光活性的Ti³⁺與碳共摻雜TiO₂光催化劑。?

本發明的目的之二在于提供該催化劑的制備方法。?

為了進一步提高Ti³⁺改性TiO₂的光催化活性，本發明以碳摻雜TiO₂為前驅體，將Ti³⁺改性與傳統非金屬摻雜改性相結合，通過兩者的協同作用，在低溫真空條件下，實現對碳摻雜TiO₂的進一步還原改性，達到進一步提高TiO₂可見光催化活性的目的。?

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：?

一種具有可見光活性的Ti³⁺與碳共摻雜TiO₂光催化劑，其特征在于該催化劑的結構為：TiO₂體相晶格中的部分Ti⁴⁺被還原成Ti³⁺，Ti³⁺的自摻雜量控制在二氧化鈦質量的0.01%～0.3%，同時，石墨鍵合在TiO₂的表面，其中碳與TiO₂的質量百分比為：80.43～97.04：100。

一種制備上述的具有可見光活性的Ti³⁺與碳共摻雜TiO₂光催化劑的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：?