[發明專利]一種常溫制備高效納米二氧化鈦光催化劑的方法

在審

• 申請號: 201610457460.6
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN107519852A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 韓松;劉力寧;郭思瑤;王珅;毛海峰;于杰;肖瑞晗
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J27/14;B01J23/755;B01J23/745;B01J23/72;B01J27/24
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技術領域

本發明涉及一種常溫制備高效納米二氧化鈦光催化劑的方法，具體涉及一種用有機均相沉積法在常溫條件下制備結構、形貌及化學組成可控的納米氧化鈦，再通過常溫浸漬的方法使納米氧化鈦在水相溶液中生成具有可見光催化活性的高效納米二氧化鈦光催化劑的方法。

背景技術

自1972年日本東京大學的藤島昭及其導師本多健一教授首度發現“本多·藤島效應”后，二氧化鈦光催化的研究日益活躍，研究者將其廣泛應用于太陽能電池的開發、氣體傳感器、光催化水解制氫氣、污水及廢水的光催化降解、光催化殺菌、自潔及防霧等多個領域中。與常規材料相比，納米二氧化鈦因其具有特殊的體積效應及表面效應在光吸收、磁性、催化性、電導、熔點及硬度等方面表現出及其優越的性能(如光催化性能、紫外吸收性能等)。但由于納米二氧化鈦粒徑小、比表面積大、表面活性能大且配位嚴重不足，導致其具有極強的表面活性，在分散介質中容易產生團聚，進而生成大的聚集體。團聚反應的發生阻礙了納米二氧化鈦自身優越性能的發揮，嚴重影響了二氧化鈦納米材料的實際應用效果。常見的納米二氧化鈦光催化劑的制備方法包括氣相法、液相法、固相法、等離子體法、激光化學法、膠溶法、濺射法、噴霧熱解法等，但這些方法都存在著制備設備復雜、能耗大、成本高、工藝流程長、產物損耗大、廢液多且制得的納米二氧化鈦純度較低等弊端。因此，找到一種簡單、快速且形貌可控的制備方法可以有效提高二氧化鈦納米材料的性能，有利于該材料的廣泛應用。

另外對于光催化技術，太陽能是一種理想的廉價光源，但二氧化鈦是寬禁帶(Eg＝3.2eV)半導體化合物，只能利用波長較短的太陽光能(λ﹤387nm)，而這部分紫外線只占到達地面太陽光能的5％以下，太陽能利用效率極低。對于室內普通照明使用的白熾燈，納米二氧化鈦光催化劑可響應的紫外光部分更是幾乎沒有，若使用傳統人工紫外光源，則成本昂貴、光能利用率低且容易產生二次污染，這樣就極大地限制了納米二氧化鈦光催化劑在室內空氣污染凈化領域的應用。為解決這些問題，一方面需要對二氧化鈦進行帶隙調控，拓展其光譜，使其吸收部分可見光，提高其光能利用效率；另一反面則需要找尋無污染、能耗低、效率高的人工光源，有利于其實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種常溫制備具有可見光催化活性的高效納米二氧化鈦光催化劑的方法，該新型高效納米二氧化鈦具有水相溶液常溫合成、制備方法簡單、結構、形貌及化學組成可控、在LED光源下具有極高的光催化活性、對亞甲基藍等有害污染物的降解性能高于P25、成本低、壽命長、安全有效、無二次污染等特點。

本發明所述的一種常溫制備高效納米二氧化鈦光催化劑的方法，包括以下步驟：

(1)采用有機均相沉積法制備納米氧化鈦，通過在合成過程中添加不同種類的有機金屬鹽作為金屬源，制備出鎳、鐵、銅、鋅、鈷、鎘、鉻等摻雜的納米金屬氧化鈦。

(2)將所制備的納米金屬氧化鈦置于0.2-200mol/L的氫氧化鈉溶液中充分攪拌使其反應完全，浸泡1-7天，離心、用去離子水洗滌3次，45℃烘箱烘烤24h后所得粉末即為不同金屬鹽摻雜的二氧化鈦納米光催化劑。

(3)將所制備的納米金屬氧化物置于0.008mol/L-2mol/L的偏磷酸溶液中充分攪拌使其反應完全，超聲30min后浸泡1-7天，離心、用去離子水洗滌3次，45℃烘箱烘烤24h后所得粉末即為磷摻雜型高效二氧化鈦納米光催化劑。

(4)將所制備的納米金屬氧化物置于0.01mol/L-20mol/L的氨水溶液中充分攪拌使其反應完全，超聲30min后浸泡1-7天，離心、用去離子水洗滌3次，45℃烘箱烘烤24h后所得粉末即為氮摻雜型高效二氧化鈦納米光催化劑。

所述納米氧化鈦可在水相溶液中實現鎳、鐵等過渡金屬的負載，氮、硫、磷、氟等非金屬元素的摻雜以及金、銀、鉑、鈀、錳等金屬元素的負載，常溫下合成多種金屬、非金屬負載或摻雜型高效納米二氧化鈦光催化劑。

所述納米TiO₂粉末的粒徑可實現＜20nm。

所述納米TiO₂光催化劑在LED光源下具有優越的光催化性能。

本發明的原理是：