[發明專利]一種氟硼共摻雜TiO2納米片的制備方法及用途

無效

• 申請號: 201410148287.2
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103878001A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 許海峰;李鴻;曹保銀
• 申請（專利權）人: 宿州學院
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;C02F1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及納米材料與納米技術領域,具體是涉及一種氟硼共摻雜TiO₂納米片、制備方法及用途。

背景技術

自上世紀七十年代光催化現象發現以來，光催化材料的設計、制備及其光催化活性的提升一直是科學家們研究的前沿熱點領域，銳鈦礦TiO₂作為最重要的金屬氧化物之一，在光催化領域被廣泛而深入的研究，它具有無毒無害、催化效率高、穩定性好、成本低廉等優點，是一種理想的光催化材料。

通常來講，基于半導體的光催化過程主要涉及到三個關鍵步驟：1）激發光照射誘導電子由價帶遷移至導帶，形成電子-空穴對；2）光誘導產生的電子和空穴向半導體表面遷移或在半導體內部重新復合；3）遷移至表面的電子和空穴參與到氧化還原反應中。這三個方面的因素都能對半導體材料的光催化性能施加一定的影響。首先帶隙寬度決定了可吸收的光的波長范圍，決定對太陽光的整體利用效率；其次電荷向表面的遷移與體內的重新復合是兩個相互競爭的過程，向表面遷移的電荷越多，其光催化效率越高，反之光催化效率下降；最后比表面積越大、所暴露晶面的鏡面能越大啟光催化活性越強。因此，目前的研究重點主要集中在三個領域：能帶調控（增加對可吸收的光的波長范圍）、電子-空穴對調控（限制體內的重新復合，增加向表面遷移的電荷數）和微觀形貌調控（增加比表面積并暴露更多高活性晶面）。

1）、能帶調控

TiO₂（3～3.2eV）只能利用陽光4%的紫外光部分，為了更加有效地利用太陽光能，必須對半導體材料的能帶進行一定的修正，使其帶隙變窄以發展出具有可見光響應的高效光催化材料。為了實現這一目標，主要通過降低價帶邊緣、升高導帶邊緣或同時對導帶和價帶進行連續調節等途徑。而目前常用的幾類具體實驗方法有：金屬離子如V、Ni、Cr、Fe、Mn、Ag、Sn、Bi、In、Cu、Ce、Pt、Co、La等被用于TiO₂的摻雜，摻雜的金屬原子往往成為光生電子-空穴復合中心，限制光生載流子的分離，以提高其對可見光的吸收及其光催化活性；非金屬元素如C、N、Si、S、P、B等都被用于TiO₂的摻雜或共摻雜，使其吸收波長發生紅移，進而展現出增強的可見光光催化活性。

2）、電子-空穴對調控

由于光生電荷向表面的遷移和在體內的復合是兩個相互競爭的過程，而后者是降低光催化劑催化活性的主要影響因素之一。貴金屬如Au、Ag、Pt、Pd、Ru、Rh、Cu等作為共催化劑被廣泛應用于TiO₂光催化研究，主要是由于其費米能級顯著低于半導體的，因此光生電子極易在這些金屬粒子上富集，而空穴則保留在半導體內，同時金屬納米顆粒作為共催化劑能夠為表面光催化反應提供活性中心。

3）、微觀形貌調控

表面/界面化學性質是影響半導體光催化性能的優異關鍵因素。一般說來，高的表面能帶來高的催化活性，催化劑比表面積越大，表面上反應物越易吸附而生成物越易脫附，則光催化過程進行越快越容易，高的表面能帶來高的催化活性，對于銳鈦礦TiO₂來說，普通情況下暴露在外面的晶面主要是表面能最低的（101）面（>94%），而不是表面能最高、催化活性更好的（001）面。因此合成暴露高活性晶面（001）TiO₂是一個重要的研究方向，制備大量新穎獨特的納米顆粒和具有復雜層級構造的超結構以增強其光催化活性。

綜合上述討論，可以看出，在制備具有高光催化效率的TiO₂過程中，還未見文獻報道能夠同時實現可吸收可見光、高光生載流子遷移效率、（001）晶面暴露TiO₂可控制備技術。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的之一在于提供一種氟硼共摻雜TiO₂納米片，該氟硼共摻雜TiO₂納米片對可見光的吸收率明顯提高，且具有明顯的紅移現象，提高了光生電子-空穴的遷移效率，且（001）高活性晶面的大量暴露，可見使該氟硼共摻雜TiO₂納米片的光催化性能得到了顯著增強。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種氟硼共摻雜TiO₂納米片，為銳鈦礦相結構，氟和硼摻入晶格中，且暴露的晶面為（001）晶面，其呈片狀形貌，納米片的厚度為1～100nm，構筑單元納米片的邊緣呈圓滑過渡。