[發明專利]一種具有可見光響應的光催化材料、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201310488120.6
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103566931A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 張延榮;廖文娟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;A01N59/16;A01P1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，更具體地，涉及一種具有可見光響應的光催化材料、制備方法及應用。?

背景技術

致病性微生物是飲用水中最重要的污染源之一，而傳統的氯氣消毒技術在殺菌過程中會產生三氯甲烷等致癌消毒副產物，因此新的殺菌消毒技術的研究與開發受到越來越廣泛的關注。自1984年Matsunaga?T首次利用了半導體材料二氧化鈦進行光催化滅菌，光催化法在滅菌方面的應用日益成為研究的熱點。由于二氧化鈦納米管陣列具有易回收、能重復使用等多種優點，制備有序排列的二氧化鈦納米管陣列是二氧化鈦納米管制備研究領域的一個重要發展方向。但由于二氧化鈦的禁帶較寬（3.0-3.2eV)，僅能利用太陽能的4%左右，而且光生電子和空穴的復合導致光量子效率很低。?

為了克服上述缺點，近年來，許多科學家在二氧化鈦納米管陣列的制備和應用基礎研究方面做了大量的工作來提高二氧化鈦納米管陣列在可見光下的光催化性能。研究者采用了各種手段對其進行改性，包括金屬與非金屬元素的摻雜，半導體的復合等，將二氧化鈦與窄帶隙的半導體或貴金屬復合可顯著增強可見光響應以及增強電荷分離效率。其中有研究工作表明在二氧化鈦納米管載入貴金屬銀后，由于在可將光區銀具有表面的局部等離子共振特點，使二氧化鈦在可見光下有光催化能力，并且可以抑制光生電子-空穴對的復合，是一種提高二氧化鈦納米管可見光催化活性的有效途徑。?

然而銀的化學穩定性較差，常溫條件下銀/二氧化鈦的界面表面上的銀?很容易被氧化成氧化銀，使銀/二氧化鈦的重現性較差，光催化效果不穩定。目前尚無穩定性好的具有可見光響應的光催化材料。同時由于銀/二氧化鈦光催化材料和細菌接觸面積有限，因此現有光催化材料雖然能做到可見光響應，但殺菌效果不理想。?

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種具有可見光響應的光催化材料、制備方法，應用于殺菌消毒，其目的在于制備一種穩定的可見光催化殺菌材料，由此解決目前具有可見光響應的銀/二氧化鈦光催化材料，易被氧化，重現性差，光催化效果不穩定，殺菌效果不理想且回收難的技術問題。?

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種具有可見光響應的光催化材料，所述光催化材料為表面和內壁附著有納米二氧化硅顆粒和納米銀顆粒的片狀二氧化鈦納米管。?

優選地，所述光催化材料，其二氧化鈦納米管平均孔徑為40nm至60nm，平均管壁厚為15nm至25nm，平均管長為500nm至650nm。?

優選地，所述光催化材料，其納米二氧化硅顆粒直徑10nm至20nm，所述納米銀顆粒直徑5nm至10nm。?

按照本發明的另一方面，提供了一種光催化材料的制備方法，包括以下步驟：?

（1）制備片狀二氧化鈦納米管：取鈦片，通過陽極氧化法制備片狀銳鈦礦二氧化鈦納米管；?

（2）制備二氧化硅/二氧化鈦納米管：將制備好的二氧化鈦納米管浸入二氧化硅膠體，使二氧化鈦納米管表面及內壁附著二氧化硅膠體，清洗烘干，使二氧化鈦納米管表面及內壁附著二氧化硅顆粒；?

（3）制備載銀二氧化硅/二氧化鈦納米管：以二氧化硅/二氧化鈦納米管作為工作電極，惰性電極作為對電極，在硝酸銀溶液中通電沉積，再在?不含銀離子的硝酸根離子溶液中通電還原，制得載銀二氧化硅/二氧化鈦，清洗烘干，使納米銀顆粒均勻的分布在二氧化硅/二氧化鈦納米管表面及內壁。?

優選地，所述光催化材料制備方法，其步驟（2）制備二氧化硅/二氧化鈦納米管時，浸入二氧化硅膠體時長5至30分鐘烘干溫度80至120℃，操作重復1至6次。?

優選地，所述光催化材料制備方法，其步驟（3）制備載銀二氧化硅/二氧化鈦納米管在硝酸銀溶液中通電沉積時，硝酸銀溶液摩爾濃度為0.01摩爾/升至0.1摩爾/升，電壓為-0.2V至-0.6V，通電時長為5至20分鐘。?

優選地，所述光催化材料制備方法，其步驟（3）制備載銀二氧化硅/二氧化鈦納米管在硝酸鈉溶液中通電還原時，硝酸根離子摩爾濃度為0.01摩爾/升至0.1摩爾/升，電壓為-1V至-2V，通電時長為5至20分鐘。?

優選地，所述光催化材料制備方法，其步驟（3）操作重復1-6次。?

按照本發明的另一個方面，提供了一種光催化材料，采用上述光催化材料制備方法制備。?

按照本發明提供的光催化材料應用于在可見光和/或紫外光輻射下的殺菌消毒。?