[發(fā)明專(zhuān)利]一種SnO2-TiO2復(fù)合納米光催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310694832.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103657628A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董麗輝;黃美娜;李斌;張飛躍;范閩光;許雪棠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/14
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/14;B82Y30/00
• 代理公司: 北京中譽(yù)威圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 彭曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料和光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種SnO₂-TiO₂復(fù)合納米光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

TiO₂俗稱(chēng)鈦白粉，是一種n型的半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.2eV。因其具有高比表面積，價(jià)廉無(wú)毒，光電性能強(qiáng)，催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，因此成為當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的光催化劑。但是，TiO₂的內(nèi)在物理特性決定其對(duì)太陽(yáng)能利用率很低，電子-空穴復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化活性大大降低。因此，通過(guò)對(duì)TiO₂進(jìn)行改性使其激發(fā)的波長(zhǎng)從紫外線(xiàn)向可見(jiàn)光擴(kuò)大，減慢電子-空穴的復(fù)合，增加光催化效率，已成為科學(xué)家的研究重點(diǎn)。目前，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用多種不同技術(shù)對(duì)TiO₂進(jìn)行改性或摻雜，以提高其光催化活性。如在TiO₂金屬表面摻雜過(guò)渡金屬、非金屬，表面沉積貴金屬，表面光敏化處理以及半導(dǎo)體復(fù)合等。半導(dǎo)體復(fù)合主要是利用能帶寬度不同但又相近的兩種半導(dǎo)體復(fù)合，這樣不僅可以使光生載流子在不同能級(jí)載流子之間運(yùn)輸，而且延長(zhǎng)了載流子的壽命，很大程度上避免了載流子的復(fù)合，提高了載流子的分離率，從而提高了體系的光催化活性。

SnO₂也是一種典型的n型半導(dǎo)體，其禁帶寬度3.5～3.6eV，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其能級(jí)與半導(dǎo)體TiO₂相匹配，而SnO₂與TiO₂的導(dǎo)帶能級(jí)間的差異導(dǎo)致SnO₂和TiO₂復(fù)合后，光生電子從TiO₂表面轉(zhuǎn)移并在SnO₂上富集，相應(yīng)減少了TiO₂表面電子的密度，光生電子和空穴可以有效的分離，也就減少了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率，可大大提高TiO₂的光催化活性，為此我們希望通過(guò)研究納米TiO₂與SnO₂形成的復(fù)合材料來(lái)有效的降低光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，從而提高光量子產(chǎn)率，同時(shí)拓寬紫外可見(jiàn)吸收光譜，達(dá)到提高光催化活性的目的。

納米光催化劑是污染物的克星，其作用機(jī)理是：納米光催化劑在特定波長(zhǎng)光的照射下受激生成電子-空穴對(duì)，這種電子-空穴對(duì)和周?chē)乃⒀鯕獍l(fā)生作用后，具有極強(qiáng)的氧化-還原能力，能將空氣中甲醛、苯等污染物直接分解成無(wú)害無(wú)味的物質(zhì)。在光照下，如果光子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度，其價(jià)帶上的電子（e^-）就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴（h⁺）。光生空穴有很強(qiáng)的氧化能力，光生電子具有很強(qiáng)的還原能力，它們可以遷移到半導(dǎo)體表面的不同位置，與表面吸附的污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

目前，使SnO₂和TiO₂復(fù)合的技術(shù)手段有很多種，其中的共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法都是十分典型的傳統(tǒng)方法，許多納米材料的制備都是通過(guò)這些方法制備或者是通過(guò)這些方法的延申或相結(jié)合的方法制備，因此，它們?cè)诠腆w催化劑材料的制備以及研究上起著十分重要的作用。

溶膠-凝膠法是將一些易水解的金屬鹽經(jīng)水解和縮聚等化學(xué)反應(yīng)制得溶膠，再將溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠，再通過(guò)焙燒得到納米粉體的方法。該方法合成溫度低，過(guò)程易于控制；工藝簡(jiǎn)單利于批量生產(chǎn)，并且制得的粉體具有高度的化學(xué)組成均勻性、高純性、超細(xì)性等。

溶膠-溶劑熱法是將溶膠凝膠法中形成凝膠前的溶膠直接轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)。

沉淀法是經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的一種制備固體催化劑的方法，幾乎所有的固體催化劑至少有一部分是由沉淀法制備的，共沉淀法是將催化劑所需的兩個(gè)或兩個(gè)以上組分在沉淀劑的作用下同時(shí)沉淀的一個(gè)方法，其特點(diǎn)是一次可以同時(shí)獲得幾個(gè)組分，而且各個(gè)組分的分布比較均勻，如果各組分之間能夠形成固溶體，那么對(duì)光的吸收能力更好。

共沉淀-水熱法是將已經(jīng)形成沉淀的組分直接轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)。

水熱法是在密封反應(yīng)釜內(nèi)，以水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，加熱反應(yīng)容器，創(chuàng)造高壓反應(yīng)環(huán)境，把在常溫常壓下，溶液中不易被氧化的物質(zhì)或者不易合成的物質(zhì)，通過(guò)將物系置于封閉的高溫高壓條件下來(lái)加速反應(yīng)的進(jìn)行的一種材料制備方法。水熱法的工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，易于控制，無(wú)需高溫灼燒處理，產(chǎn)物直接為晶態(tài)。