[發(fā)明專利]一種二氧化鈦微球陣列負(fù)載鉑可見光光催化劑及制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310134294.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN103223338A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐聯(lián)賓;王玲玲;陳建峰;胡志彥;黃燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/42
• 分類號(hào): B01J23/42;C02F1/30;C02F101/30;C02F103/30
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化鈦光催化領(lǐng)域，特別涉及二氧化鈦微球陣列負(fù)載鉑可見光光催化劑制備及其應(yīng)用領(lǐng)域。該方法制備出的催化劑特別適用于可見光照射下催化降解有機(jī)染料（如：羅丹明B），達(dá)到很高的降解率。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，含有有毒、致癌有機(jī)物的廢水大量排放，對(duì)環(huán)境的污染程度逐年增加，這些有害有機(jī)物嚴(yán)重威脅著人類健康。這類廢水的處理技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。光催化以半導(dǎo)體為催化劑，利用太陽光降解水和空氣中的各種污染物或者分解水獲取氫能，被視為一種理想的環(huán)境污染凈化技術(shù)和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)，其研究受到了日益廣泛的重視。目前，在多相光催化反應(yīng)所應(yīng)用的半導(dǎo)體催化劑中，TiO₂以其無毒、成本低、穩(wěn)定性好以及強(qiáng)的氧化還原能力等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。但是，由于TiO₂的禁帶（3.2eV）較寬，光吸收僅局限于紫外區(qū)，可利用的太陽能尚達(dá)不到照射到地面的太陽光譜的5%，而且TiO₂光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率較低（不高于20%），因此太陽能的利用效率僅在1%左右，大大限制了對(duì)太陽能的利用。為了提高對(duì)太陽能的利用率，開展高活性納米TiO2的制備及提高TiO₂的光催化效率成為研究的熱點(diǎn)。

目前文獻(xiàn)中報(bào)道的提高二氧化鈦光催化活性的途徑有兩種，一是通過摻雜降低TiO₂的禁帶寬度，摻雜能提高它對(duì)可見光的吸收，常用的摻雜物有S、C、N、I和過渡金屬等；另一種是通過改變TiO₂的表面結(jié)構(gòu)（如貴金屬沉積）。貴金屬在半導(dǎo)體表面的沉積可以采用普通的浸漬還原法和光還原法：浸漬還原法是將半導(dǎo)體顆粒浸漬在含有貴金屬鹽的溶液中，然后將浸漬顆粒在惰性氣體保護(hù)下用氫氣高溫還原；光還原法是將半導(dǎo)體浸漬在貴金屬鹽和犧牲有機(jī)物(自由基受體，如乙酸、甲醇等)的溶液中，然后在紫外光照射下，貴金屬被還原而沉積在半導(dǎo)體表面上。沉積貴金屬的功函數(shù)高于TiO₂的功函數(shù)，當(dāng)兩種材料聯(lián)結(jié)在一起時(shí)，電子就會(huì)不斷地從TiO₂向沉積金屬遷移，一直到二者的Fermi能級(jí)相等為止。在兩者接觸之后形成的空間電荷層中，金屬表面將獲得多余的負(fù)電荷，TiO₂表面上負(fù)電荷完全消失，從而大大提高光生電子輸送到溶解氧的速率。這樣，半導(dǎo)體的能帶就將向上彎向表面生成損耗層，在金屬-TiO₂界面上形成能俘獲電子的淺勢阱Schottky能壘，進(jìn)一步抑制光生電子和空穴的復(fù)合。已見報(bào)道的貴金屬主要包括VIII簇的Pt、Ag、Ir、Au、Ru、Pd、Rh等，其中有關(guān)Pt的報(bào)道最多，效果也最好。

本發(fā)明結(jié)合前人的工作，將模板法與浸漬氫氣還原的方法結(jié)合起來，制備了一種高性能二氧化鈦微球陣列負(fù)載鉑的可見光光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高性能二氧化鈦微球陣列負(fù)載鉑的光催化劑及制備方法，使負(fù)載鉑的二氧化鈦微球陣列光催化劑具有優(yōu)異的可見光催化性能。

本發(fā)明所述的高性能二氧化鈦微球陣列負(fù)載鉑可見光光催化劑按下述步驟制備：

（1）利用Stobe法合成單分散二氧化硅球：將去離子水、13mol/L的氨水和無水乙醇混合，去離子水：13mol/L的氨水：無水乙醇比例為（2～6）ml:（7～10）ml:40ml，再加入已混合均勻的正硅酸乙酯與乙醇混合物，正硅酸乙酯：乙醇的比例為（2～5）g：50ml，于15～20℃攪拌18～24h，反應(yīng)結(jié)束后，用乙醇和去離子水多次清洗，得到200～500nm的單分散二氧化硅微球；

（2）將步驟（1）得到的二氧化硅微球沉降自組裝，750℃下煅燒，將其浸泡在引發(fā)劑用量與聚合物單體的質(zhì)量比控制在0.5～1.5:100的混合溶液中，40～70℃下聚合，然后去除多余的聚合物，用2～10wt%HF溶液去除二氧化硅模板，得到聚合物反模板；

（3）二氧化鈦前驅(qū)液的配制：將鈦酸異丙酯逐滴加入到鹽酸溶液中，攪拌0.5～1h，再加入乙醇溶液，繼續(xù)攪拌1～10h，得到鈦溶膠，其中鈦酸異丙酯：鹽酸溶液：乙醇為（2～3）g：（2～2.5）g：（4～16）ml；

（4）將步驟（2）得到的聚合物模板浸泡在步驟（3）的鈦溶膠中2～8h，然后取出陳化1～3d，在350～450℃下煅燒3-6h去除聚合物，得到銳鈦礦有序排列的二氧化鈦微球；