[發(fā)明專利]二氧化鈦/鈦酸鉍超聲強(qiáng)化型光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610103681.3
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN105597728B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何泓材;何朝凌;王寧;劉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/18
• 分類號(hào): B01J23/18;C02F1/30
• 代理公司: 成都希盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司51226
• 代理人: 柯海軍,武森濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鈦/鈦酸鉍超聲強(qiáng)化型光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽能由于其廉價(jià)、清潔、可再生等優(yōu)點(diǎn)，在解決環(huán)境和能源問題上被寄予厚望。如何有效利用太陽能一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。光催化技術(shù)則被認(rèn)為是利用太陽能解決環(huán)境和能源問題最有潛力的技術(shù)之一，其核心便是光催化劑。

1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)單晶二氧化鈦電極上光解水制得氫氣(H₂)，從此以后，二氧化鈦由于其廉價(jià)、無毒、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)成為光催化領(lǐng)域研究得最多的光催化劑。二氧化鈦(TiO₂)已經(jīng)在光催化分解水制氫氣(H₂)、污染物氧化降解、殺菌、超清水自清潔等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，然而，由于二氧化鈦(TiO₂)是寬禁帶半導(dǎo)體(禁帶寬度約為3.2eV)，對(duì)太陽光的利用僅能停留在紫外波段(能量?jī)H占太陽光總能量的5％左右)；另外，在光催化劑中光生載流子只有實(shí)現(xiàn)了有效分離并遷移到催化劑表面才能具有光催化活性，光生載流子的復(fù)合效率過高將嚴(yán)重影響光催化劑的催化活性。因此，人們?cè)趯?duì)二氧化鈦光催化劑的研究中所做的工作主要都針對(duì)以下兩點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)出具有寬譜響應(yīng)的光催化劑，提高對(duì)太陽能的利用；(2)促進(jìn)光生載流子的分離以降低光生載流子的復(fù)合效率，以此提高催化活性。

鉍由于其獨(dú)特的外層電子構(gòu)型(6s²)，其化合物禁帶寬度較窄，具有較好的可見光吸收能力，成為目前備受關(guān)注的一類可見光催化劑。鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)作為鉍系化合物中的一員，已經(jīng)被Kudo等(Kudo A,Hijii S.Chem Lett,1999,28:1103-1104)證明具有良好的光催化活性；同時(shí)也是典型的壓電材料，居里溫度T_c＝675℃，自發(fā)極化方向沿單斜晶系的(001)面，即a-c平面，在a-c平面內(nèi)有兩個(gè)分量，沿a軸的剩余極化強(qiáng)度Ps≈50μC/cm²，矯頑場(chǎng)Ec≈50kV/cm，沿c軸方向剩余極化強(qiáng)度Ps≈4.0μC/cm^2,，矯頑場(chǎng)Ec≈3.5kV/cm。壓電材料就是具有壓電效應(yīng)的一類材料，壓電效應(yīng)是一種機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)。

相關(guān)資料顯示，納米壓電材料在超聲作用下晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，從而使納米壓電材料表面產(chǎn)生異號(hào)電荷，可用于降解水中的污染物。

申請(qǐng)?zhí)枮椤?01410014648.4”，發(fā)明名稱為“一種制備氧化硅負(fù)載鈦酸鉍光催化劑的方法”，公開了一種鈦酸鉍催化劑以高溫?zé)Y(jié)的方式均勻負(fù)載在氧化硅載體表面，以得到具有最佳降解能力的材料的制備方法。該專利以一種改進(jìn)的溶膠-凝膠制備工藝進(jìn)行制備，選擇硝酸鉍和鈦酸四正丁酯作為前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠和煅燒過程，制備出氧化硅負(fù)載鈦酸鉍光催化劑。該專利中是以粉末二氧化硅為載體，通過溶膠-凝膠的方式，在其表面負(fù)載鈦酸鉍而形成的光催化劑。

眾所周知，利用二元或多元組分構(gòu)筑復(fù)合光催化材料是提高光催化活性的重要手段，因此通過半導(dǎo)體顆粒間形成接觸良好的固-固界面，提高電子遷移動(dòng)力學(xué)，同時(shí)利用各組分各自的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生很好的協(xié)同作用是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光譜響應(yīng)范圍較寬，光催化活性較高，鈦酸鉍表面負(fù)載納米二氧化鈦顆粒的超聲強(qiáng)化型光催化劑。

本發(fā)明一種二氧化鈦/鈦酸鉍超聲強(qiáng)化型光催化劑，所述催化劑是由鈦酸鉍納米顆粒及在其表面負(fù)載的納米二氧化鈦顆粒組成，其中以重量計(jì)，鈦酸鉍:二氧化鈦＝1:3～3:1。

上述所述二氧化鈦/鈦酸鉍超聲強(qiáng)化型光催化劑，所述催化劑在光照條件下，在120min時(shí)，對(duì)染料化合物羅丹明B的光催化降解率≥99％。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種利用壓電效應(yīng)，通過超聲可增強(qiáng)鈦酸鉍/二氧化鈦寬譜響應(yīng)異質(zhì)結(jié)兩相復(fù)合光催化劑的制備方法。

二氧化鈦/鈦酸鉍超聲強(qiáng)化型光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

a、將乙二醇甲醚與冰乙酸按體積比0.5～1.5:0.5～1.5混勻，再按照固液比1:5～7g/mL加入硝酸鉍，攪拌，得到溶液A；

b、將鈦酸四丁酯溶于乙酰丙酮中，超聲10～20min，得溶液B；其中，按照摩爾比，鈦酸四丁酯:乙酰丙酮＝1:1～3；