[發明專利]一種體相共摻雜可見光光催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710895973.X
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN109569574A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;馮凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J23/28
• 分類號: B01J23/28;B01J23/30;B01J27/24;C02F1/30;A61L2/08;A01N59/16;A01P3/00;A01P1/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

1.一種體相共摻雜可見光光催化材料，其特征在于：該光催化材料為具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素與可引起體相材料可見光響應的非金屬元素共摻雜的二氧化鈦基納米材料，該光催化材料能夠在可見光照射下存儲光生電荷，并在關閉光照后將所存儲的光生電荷釋放進而生成活性基團，使該光催化材料在無光照條件下繼續保持活性，實現該光催化材料的連續工作。

2.按照權利要求1所述的體相共摻雜可見光光催化材料，其特征在于：所述具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素為鎢、鉬和釩元素中的一種或幾種，所述可引起體相材料可見光響應的非金屬元素為碳、氮和硫元素中的一種或幾種。

3.按照權利要求1所述的體相共摻雜可見光光催化材料，其特征在于：所述二氧化鈦基納米材料是指尺寸為納米級別的摻雜二氧化鈦材料，二氧化鈦的晶相為銳鈦礦相、金紅石相或板鈦礦相。

4.按照權利要求1所述體相共摻雜可見光光催化材料，其特征在于：所述具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素和可引起體相材料可見光響應的非金屬元素均勻摻雜于二氧化鈦晶格中，其中：具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素的原子百分含量為0.1-20％，可引起體相材料可見光響應的非金屬元素的原子百分含量為0.1-5％。

5.按照權利要求1-4任一所述的體相共摻雜可見光光催化材料的制備方法，其特征在于：該方法是依次利用合金化和氣氛熱處理的技術手段，將具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素和可引起體相材料可見光響應的非金屬元素均勻摻雜進二氧化鈦晶體中，獲得所述體相共摻雜可見光光催化材料。

6.按照權利要求5所述的體相共摻雜可見光光催化材料，其特征在于：該方法具體包括如下步驟：

(1)將具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬和金屬鈦按照所需比例混合，在2000-4000℃條件下反復熔煉三次以上，使其混合均勻，得到合金錠；將合金錠按照2-10℃/min的升溫速率升溫，升溫至1000-1500℃進行均勻化退火，保溫3-10h；合金錠進行均勻化退火后，直接淬火至室溫，得到單相合金；

(2)將步驟(1)所得單相合金進行氧化處理，獲得無定形二氧化鈦基納米材料；所述氧化處理采用電化學陽極氧化、化學腐蝕氧化或氣相氧化方式處理；

(3)將步驟(2)得到的無定形二氧化鈦基納米材料進行氣氛熱處理，所述氣氛熱處理過程為：將無定形二氧化鈦基納米材料放入熱處理爐中，爐內通入氣體為一氧化碳、甲烷、氨氣和硫化氫中的一種或幾種，通氣速率為40-200mL/min；然后按照1-3℃/min的升溫速率升溫到450-800℃，保溫時間2-5h；經氣氛熱處理后得到具有光生電荷存儲與釋放能力的金屬元素與可引起體相材料可見光響應的非金屬元素均勻摻雜的二氧化鈦基納米材料，即所述體相共摻雜可見光光催化材料。

7.按照權利要求6所述的體相共摻雜可見光光催化材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述電化學陽極氧化方法具體指將步驟(1)所得單相合金放在含氟電解液中，在工作電壓為5-60V的條件下氧化5min-12h，在合金表面氧化生長出無定形二氧化鈦基納米薄膜；所述化學氧化方法具體指將步驟(1)所得單相合金放在含氟腐蝕氧化液中，70-180℃溫度下，反應1-12h，在合金表面氧化生長出二氧化鈦基納米材料；所述氣相氧化方法具體指將步驟(1)所得單相合金懸空置于密閉反應釜內，利用反應釜內HNO₃水溶液或HF水溶液的熱蒸汽氧化，在150-180℃條件下反應1-12h，在合金表面氧化生長出二氧化鈦基納米材料。