[發明專利]一種Ag摻雜TiO2材料、及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310670910.6
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103691433A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 楊穆;王戈;王朋;賀佳;彭超豪
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B82Y30/00;C02F1/32
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于半導體摻雜的催化材料制備技術領域，具體涉及一種Ag摻雜的海膽狀TiO₂納米催化劑及其一步溶劑熱制備方法。

背景技術

近年來，帶有特殊結構和形貌的TiO₂成為了研究的熱點，如單分散量子點、納米管（線）、花狀結構、核殼結構等，這是由于其在太陽能的儲存與利用、光電轉換、光致變色、光催化降解大氣和水中污染物等方面有著優異的性能和廣闊的應用前景。

低維納米材料，如零維(量子點)和一維材料(納米線、納米管)，具有比體相材料大得多的比表面積，因而比體相材料表現出更大的活性。然而，大的比表面積帶來大的表面能使低維納米材料容易團聚，從而喪失了納米材料比表面積大的優勢。此外，這些TiO₂納米顆粒在水溶液中難以分離出來，這就限制了它的應用，尤其是在污水處理等方面的應用。為了克服低維TiO₂納米材料的這些缺點，一個很好的方法就是將低維納米材料組裝制備成三維結構如納米花（海膽狀）等結構。納米花（海膽狀）可以看作納米線或納米片等低維材料的組合，具有穩定的結構，其宏觀尺寸達到亞微米級或微米級，而微觀組成單元尺寸在納米級，這樣既保持了低維材料的優點，又能夠防止其團聚，并且易于從水相中分離出來，成為當前研究的熱點。

雖然TiO₂作為納米光催化材料被廣泛研究，但是在光催化過程中，受光激發產生的電子-空穴對在較短的時間內容易發生復合，表現出較低的光量子效率，致使催化劑光催化活性降低，這嚴重影響了TiO₂納米材料的應用。金屬離子摻雜是提高TiO₂納米材料光催化效果的主要手段之一。將Pt、Pd、Au、Ag、Zn、Fe和Cu等金屬離子摻入具有特殊結構的TiO₂納米材料中，這些金屬離子表面可以產生等離子體共振，提高光催化反應界面的傳遞過程，及時有效地抑制電子-空穴對的復合。通過改變金屬離子的摻雜量，可以控制復合納米材料的形態、結構和化學組成，進而可以調節其光、電、化學性質。因此這種復合納米材料在眾多領域具有很大的潛在應用空間。

已經有專利(CN201210180449.1)和文獻（Journal?of?Colloid?and?Interface?Science,?2013,403:?22–28）制備出Ag沉積的海膽狀TiO₂納米材料，但是他們主要使用兩步法，即先制備出海膽狀的TiO₂，然后再通過化學沉積或浸漬法等方式在其表面沉積Ag納米顆粒。上述方法的合成步驟相對比較復雜，而且形成的TiO₂樣品都需要經過灼燒才能顯示出優良的光催化活性，在此過程中結構和組成難于控制。?

發明內容

本發明解決的技術問題是，現有Ag摻雜海膽狀TiO₂納米材料的制備工藝復雜，TiO₂納米材料的結構難于控制，從而影響其使用性能的問題。本發明采用簡單的一步溶劑熱法合成了Ag納米顆粒摻雜的TiO₂海膽狀納米催化劑，無需后續的煅燒處理即具有很高的光催化活性。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案。

本發明涉及一種Ag摻雜TiO₂材料的制備方法，所述制備方法為一步溶劑熱法，具體是，將硝酸銀完全溶入乙二醇中，然后滴加鈦酸丁酯，上述溶液溶劑熱反應后，自然冷卻，抽濾、干燥，得到Ag摻雜的海膽狀TiO₂材料。

上述制備方法的優選方案為，包括以下的制備步驟：

（1）稱取硝酸銀溶于乙二醇中，經攪拌，得到濃度為0.04-0.2mol/L硝酸銀的乙二醇溶液；

（2）稱取鈦酸四丁酯，硝酸銀與鈦酸丁酯的摩爾比為2:1-10:1，攪拌下，將其滴加到步驟（1）制得的硝酸銀的乙二醇溶液中，攪拌均勻；

?（3）將步驟（2）中得到的混合溶液轉移至反應釜中，200-280℃下保溫4-24h；待其冷卻后，抽濾、洗滌、干燥，得到Ag摻雜的海膽狀TiO₂材料。

上述制備方法的優選方案為，所述步驟（1）中，硝酸銀溶于乙二醇中，經過30-60min的超聲分散。

上述制備方法的優選方案為，所述步驟（2）將鈦酸四丁酯加入硝酸銀的乙二醇溶液后，在10-50℃下持續攪拌1-3h。