[發明專利]二氧化錫、二氧化鈦半導體耦合、離子反摻雜光催化納米纖維材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710194093.X
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106881076A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 蘇碧桃;邵彩萍;張麗娜;王爽;韓麗娟;李嵐
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;B01J35/06;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙)62201
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明涉及一種離子摻雜的纖維結構光催化納米材料的制備，尤其涉及一種SnO₂、TiO₂半導體耦合、離子反摻雜光催化納米纖維材料的制備方法，屬于光催化技術領域。

背景技術

SnO₂和TiO₂由于良好的化學穩定性、高催化活性、強抗氧化能力等優點，使其在光催化方面的應用較突出。但由于它們是寬帶隙半導體（SnO₂：Eg = 3.5 eV，TiO₂：Eg = 3.2 eV），只能用紫外光激發，而太陽光中的紫外光僅占5 %左右，加之其光生電荷e^--h⁺復合率高，從而限制了其規模化的應用。金屬離子的摻雜和半導體耦合是目前較為常用的兩種改性方法。一直以來，研究者們在研究半導體耦合的時候忽略一重要的現象—離子反摻雜現象的存在。例如，大量的研究已經證明，在制備TiO₂的過程中若存在另一金屬離子（如Fe³⁺）， Fe³⁺離子就會自動進入到TiO₂的晶格中，從而實現TiO₂中金屬離子Fe³⁺的摻雜。當然，采用不同的制備方法，可以實現金屬離子Fe³⁺在TiO₂中的不同分布。再如，在半導體TiO₂和Fe₂O₃耦合材料TiO₂-Fe₂O₃的制備中，若在TiO₂相形成時有Fe³⁺存在，或Fe₂O₃相形成時有Ti⁴⁺存在，那么在所得的耦合材料TiO₂-Fe₂O₃中一定存在離子的反摻雜現象，即Fe³⁺離子進入到TiO₂相中，Ti⁴⁺離子進入到Fe₂O₃相中。而金屬離子的這種反摻雜和半導體的耦合不僅可以改變其能帶結構，而且可以在樣品晶格中引入不同的結構缺陷，從而有利于拓寬光的吸收范圍和光生e^--h⁺對的分離，使其光催化性能得以提升。

發明內容

本發明是提供了一種SnO₂、TiO₂半導體耦合光催化納米纖維材料的制備方法，更重要的是證明了半導體耦合SnO₂-TiO₂材料中離子反摻雜現象的存在。

一、光催化納米纖維材料的制備

本發明SnO₂、TiO₂半導體耦合、離子反摻雜光催化納米纖維材料的制備方法，是將脫脂棉纖維(CF)在SnCl₄·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄的乙醇溶液中浸泡25~35 min，使Sn⁴⁺、Ti⁴⁺吸附在棉花纖維表面，自然干燥得前驅材料(Sn⁴⁺+Ti⁴⁺)/CF；再將該前驅材料于590~610 ℃下煅燒110~130 min以除去模板，即得SnO₂、TiO₂半導體耦合、離子反摻雜光催化納米纖維材料。

在SnCl₄·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄的乙醇溶液中，Sn⁴⁺的物質的量含量為0.02~0.04 %時，不會有SnO₂相的形成，制得Sn⁴⁺摻雜的TiO₂中空納米纖維結構光催化材料Sn⁴⁺/TiO₂。