[發明專利]一種C/TiO介孔復合光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201510937165.6
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105536762A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 段芳;談婷婷;汪曉鳳;張風麗;倪忠斌;陳明清
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明采用蒸發誘導自組裝方法制備C/TiO前驅體，將前驅體置于管式爐中氮氣氣氛下 煅燒脫除模板劑P123，酚醛樹脂碳化形成介孔碳，并使鈦源TiCl₄和TBOT結晶形成TiO₂， 利用高溫下介孔碳對TiO₂的還原作用形成TiO，從而得到具有可見光響應性的C/TiO介孔復 合光催化劑。

背景技術

隨著工業化的不斷深入，環境污染問題日趨嚴重，尋求緩解環境污染問題的解決方案目 前已成為科學家們研究的熱點和焦點。相比于傳統的方法，光催化技術充分利用太陽能，能 將對環境產生污染的有機物降解為零污染的小分子物質，是一種有著廣闊應用前景的環境友 好型技術。

鈦與氧反應能生成一系列鈦氧化合物，如TiO，TiO₂，Ti₂O₃，Ti₃O₅等，這些鈦氧化合物 具有穩定相結構，其中最常見的鈦氧化合物是TiO₂。TiO₂廣泛應用于處理產生環境污染的有 機污染物，其具有無毒、氧化性強、化學性質穩定等特點。然而，由于TiO₂帶隙寬度較大， 只能吸收能量較高的紫外線，不能有效利用太陽能，而且光生載流子復合率高，限制了其廣 泛應用。TiO是一種導電氧化物，不僅具有較低的電阻率，還具有高效的阻隔Al，Si等元 素擴散的能力，其功能與貴金屬氧化物RuO₂類似，在分層式微電子結構器件、壓電結構器 件中有重要的應用前景。此外TiO還在電極材料、仿金材料等領域有應用研究。但總的說來， TiO受到的關注還遠不如TiO₂那么廣泛與深入，特別是有關TiO摻雜改性及其基于第一性 原理的研究還少見報道。介孔碳具有較大的比表面積、均一可調的孔徑、化學穩定性、機械 穩定性、良好的導電性而受到廣泛的關注。這些優點使其成為吸附、分離、催化的理想材料。 此外，介孔碳能對可見光產生強烈的吸收，并具有較強的吸附能力使其在光催化領域具有潛 在的應用。C摻雜TiO后，其金屬性導電能帶結構沒有改變，只是在費米面附近出現C2p態 提供的雜質能級，雜質能級擴展了TiO的導帶寬度并提高了費米面附近的電子能態密度，從 而使TiO電導增加，電阻率降低，從而提高光催化性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種C/TiO介孔復合光催化劑及其制備方法，利用介孔碳在高溫 下將TiO₂還原為TiO，并且與TiO形成C/TiO介孔復合光催化劑。所制備的C/TiO介孔復合 光催化劑具有高效的光催化活性。

本發明提供的一種C/TiO介孔復合光催化劑的制備方法，利用介孔碳對可見光的強烈吸 收作用，既顯著拓寬了TiO的光譜響應范圍，使其具有可見光催化活性，又能促進光催化劑 表面的光生電子和空穴的分離，從而顯著提高TiO光催化劑的光催化活性。包括如下步驟：

(1)制備酚醛樹脂：將一定量苯酚溶解于濃度為20wt％的NaOH溶液中，混合后連續攪 拌10min，將一定量甲醛逐滴加入上述混合溶液中，60～70℃下攪拌60min。冷卻至室溫后， 用2mol/L的HCl將溶液的pH值調至6.0，50℃真空干燥；

(2)配置酚醛樹脂-乙醇溶液，將0.5～1.5gPluronicP123溶于20g乙醇中，與0.5～5g上 述步驟(1)所制備的酚醛樹脂混合，攪拌均勻，得到酚醛樹脂-乙醇溶液；

(3)將0.5～1gTiCl₄，2～3g鈦酸四丁酯(TBOT)混合均勻后倒入步驟(2)的酚醛樹 脂-乙醇溶液中，攪拌30～60min后倒入培養皿中，環境溫度下放置5～10h，再置于烘箱中 100～120℃下反應10～15h；

(4)C/TiO介孔復合光催化劑的制備：將上述步驟(3)所得的橙黃色樣品研磨成粉末，置 于管式爐中，氮氣氣氛下，350～450℃加熱2～5h以脫除模板劑，再升溫至700～800℃保 持2～5h。

本發明中所述的C/TiO介孔復合光催化劑的制備方法中各物質的質量比為P123∶酚醛樹 脂∶TiCl₄∶TBOT＝1∶(0.5～5)∶(0.5～1)∶(2～3)。采用蒸發誘導自組裝方法制備C/TiO介孔復 合光催化劑前驅體。