[發明專利]異質結型MVO4與TiO2復合光催化纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201410368056.2
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104096557A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 包南;尹澤;張婕;張成祿;張巖香
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J23/847;C02F1/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 寧欽亮

技術領域

本發明涉及一種釩酸鹽(MVO₄)與二氧化鈦(TiO₂)復合光催化纖維的制備方法，屬于纖維光催化材料制備技術領域。

背景技術

自從TiO₂作為光催化劑用于處理水中污染物以來，因其理化性質穩定、安全無毒、價格低廉而備受關注，業已被廣泛用于光催化水處理研究與應用的多個領域。但在長期的研究中發現，TiO₂作為光催化劑存在著固有的缺陷：(1)帶隙較寬，僅在紫外光范圍內有響應，難以高效利用太陽能；(2)載流子復合機率高，限制了光催化效能的發揮；(3)傳統的微納米TiO₂粉體使用后難以回收。凡此種種，嚴重制約了TiO₂光催化水處理技術走向實用。

新型TiO₂纖維的出現可望有效地解決光催化劑回收難的問題，但對光響應及其利用卻未見助益。盡管純態TiO₂纖維的適宜摻雜可提高紫外和/或可見光響應，但均易形成電子空穴再復合中心，可見光光催化優化的綜合效果不甚明顯。TiO₂纖維復合窄帶隙半導體并形成異質結結構，可利用異質結的內建電場有效抑制光致載流子復合并提高量子效率，有望全面克服以上不足，這也是剛剛興起的研究熱點之一。

MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)系半導體材料帶隙普遍較窄，無毒且耐腐蝕，是一類新型的可見光催化劑。然而，MVO₄產生的光生電子–空穴對容易在催化劑體相和表面復合，光催化活性不高。因此，尋求一類兼容寬、窄帶隙半導體光響應的高效寬頻光催化劑顯得尤為迫切。通過適宜可控的方法，將MVO₄與TiO₂纖維進行有效復合并形成異質結，可望在拓寬光譜響應的同時協同提高光催化能力。

發明內容

本發明針對TiO₂光催化纖維存在的不足，提供一種能夠形成具有異質結構的異質結型MVO₄與TiO₂復合光催化纖維的制備方法。

本發明的異質結型MVO₄與TiO₂復合光催化纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)將Si摻雜TiO₂纖維置于水熱釜內襯反應管上部的篩板網上，篩板網下方預先加入質量分數為4-6％的HF溶液，將水熱釜密封后轉移至烘箱中，90-110℃水熱反應2小時-4小時；HF蒸汽對Si摻雜TiO₂纖維進行表面粗糙化處理，待水熱反應完成后取出Si摻雜TiO₂纖維，自然冷卻到室溫，再用無水乙醇和蒸餾水分別清洗3次，得到表面粗糙化的Si摻雜TiO₂纖維；

(2)按摩爾比1-1.5∶1∶5.5-7的比例分別稱取M(NO₃)₃(如In(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Y(NO₃)₃)、乙酰丙酮氧礬和步驟(1)得到的表面粗糙化的Si摻雜TiO₂纖維；將M(NO₃)₃和乙酰丙酮氧釩先后完全溶于無水乙醇中，混合均勻，制得MVO₄前驅液；再加入表面粗糙化的Si摻雜TiO₂纖維，超聲振蕩30分鐘-60分鐘，得到多相混合液；

(3)將上述多相混合液轉移至微波水熱反應釜中，并將微波水熱反應釜置于微波消解儀中，于120-160℃保溫30分鐘-60分鐘；待反應完成后，冷卻至室溫過濾，將濾出物用水和無水乙醇分別清洗3次，獲得MVO₄與TiO₂纖維復合前驅體；

(4)將步驟(3)獲得的MVO₄與TiO₂纖維復合前驅體在真空干燥箱中80℃干燥12小時，獲得異質結型MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)與TiO₂復合光催化纖維。

該復合光催化纖維產物以表面粗糙化處理的Si摻雜TiO₂纖維為基底材料，在表面自組裝生長具有可見光催化活性的MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)新相納米晶顆粒。