[發明專利]一種含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO2高效光催化劑及其制備、應用

無效

• 申請號: 201410394110.0
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104162427A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 李海燕;劉金鳳;李秋葉;楊建軍;張敏
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/75;B01J23/72;B01J23/755;B01D53/86;B01D53/72;C02F1/30
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO₂高效光催化劑及其制備、應用。

背景技術

寬帶隙半導體材料二氧化鈦，因其化學性質穩定、無毒及能有效去除大氣和水中的污染物，一直以來都受到人們的關注。然而由于其只能被紫外光激發，限制了其實際應用。為了拓展二氧化鈦在可見光區的響應，各種各樣的過渡金屬陽離子或者陰離子摻雜型的二氧化鈦光催化材料應運而生，但是金屬離子摻雜劑易在二氧化鈦的禁帶中引入深雜質能級，成為電子和空穴的復合中心，并存在熱不穩定性的缺點；而陰離子摻雜劑，如N、S等則削弱了空穴的氧化能力。最近，金屬離子（如Cu(II)、Fe(III)等）嫁接的新型二氧化鈦光催化材料在可見光下表現出了優越的光催化性能（Hiroshi?Irie，Shuhei?Miura，Kazuhide?Kamiya，Kazuhito?Hashimoto，Chemical?Physics?Letters，2008，457，202；Hiroshi?Irie，Kazuhide?Kamiya，Toshihiko?Shibanuma，Shuhei?Miura，Donald?A.?Tryk，Toshihiko?Yokoyama，Kazuhito?Hashimoto，J.?Phys.?Chem.?C，2009，113，10761；?Huogen?Yu，Hiroshi?Irie，Yoshiki?Shimodaira，Yasuhiro?Hosogi，Yasushi?Kuroda，Masahiro?Miyauchi，Kazuhito?Hashimoto，J.?Phys.?Chem.?C，2010，114，16481；Yoshio?Nosaka，Shinichiro?Takahashi，Hodaka?Sakamoto，Atsuko?Y.?Nosaka，J.?Phys.?Chem.?C，?2011，115，21283）。在這類光催化劑中，二氧化鈦價帶中的電子可以直接受可見光激發轉移給表面嫁接的金屬離子，從而誘發多電子的還原反應。近期有人報道，將Ru離子摻入二氧化鈦晶格，然后再嫁接Fe離子，大大提高了催化劑的光催化活性（Masami?Nishikawa，?Yasufumi?Mitani，Yoshio?Nosaka，J.?Phys.?Chem.?C，2012，116，14900）。摻入的Ru離子使二氧化鈦中產生了氧空位，而氧空位可以作為一種缺陷能級使二氧化鈦價帶中的電子分成兩步躍遷到導帶中，進而轉移給表面嫁接的鐵離子，同時位于受體能級Ru離子上的電子也可以躍遷至嫁接的Fe離子，然而該方法需要首先將釕離子引入二氧化鈦晶格，制備過程復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO₂高效光催化劑及其制備、應用。

基于上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一種含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO₂高效光催化劑的制備方法，以納米管鈦酸400—600℃煅燒2—4h所得銳鈦礦二氧化鈦為前驅物，將銳鈦礦二氧化鈦分散于去離子水中，加入金屬鹽或該金屬鹽的水溶液，使二氧化鈦和金屬元素的質量比為100:（0.025—0.3），用酸調節pH為1—2，于85—95℃熱處理1—1.5h，經后處理即得目標產物。

所述后處理為：將85—95℃熱處理后的物質用去離子水洗滌，再用有機濾膜抽濾，最后在105—115℃干燥至少24h。

所述金屬鹽為鐵鹽、銅鹽、鈷鹽或鎳鹽。

所述鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵和乙酸鐵中的至少一種。

所述銅鹽為硫酸銅和/或氯化銅。

所述鈷鹽為氯化鈷和/或硝酸鈷；所述鎳鹽為氯化鎳和/或硝酸鎳。

利用上述制備方法制得的含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO₂高效光催化劑。

所述含有束縛單電子氧空位的金屬離子嫁接的TiO₂高效光催化劑在氣相降解和亞甲基藍降解中的應用。

本發明中所述二氧化鈦的晶相沒有特殊要求，優選德國制造的P25二氧化鈦。