[發明專利]羧基化金屬富勒烯修飾二氧化鈦的復合材料、制法及應用

有效

• 申請號: 201711259276.1
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108114754B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 王春儒;吳波;劉麗萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;北京福納康生物技術有限公司
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C07C209/80;C07C211/46;C07C211/47;C07C211/52;C07C221/00;C07C223/06;C07C213/02;C07C215/76
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本發明實施例涉及一種羧基化金屬富勒烯修飾二氧化鈦的復合材料、制法及應用。該復合材料通過包括羧基化金屬富勒烯衍生物和表面帶有羥基的TiO₂的原料制備而成，所述羧基化金屬富勒烯衍生物和所述表面帶有羥基的TiO₂通過酯鍵相連，所述酯鍵是羧基化金屬富勒烯衍生物中的?COOH和二氧化鈦的表面?OH形成的。羧基化金屬富勒烯衍生物結構穩定，在可見光區有特征吸收，光響應范圍廣，能級結構與TiO₂匹配度高，通過在二氧化鈦表面修飾羧基化金屬富勒烯衍生物，可簡便、高效的實現光生電子?空穴對的分離，操作性強。

技術領域

本發明涉及光催化領域，尤其涉及羧基化金屬富勒烯衍生物修飾二氧化鈦的復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)因其強氧化性、無毒性、光和化學穩定性以及廉價等優點而成為最理想的環境治理光催化材料。TiO₂能夠將污染物較快地完全氧化為CO₂和H₂O等無害物質，可以實現水中微污染物的安全、高效、選擇性的捕獲和降解。正是由于這些優異的性能，使得TiO₂在降解水中的烴類、鹵代物、羥酸、表面活性劑、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑等方面應用廣泛。

但二氧化鈦的應用存在兩個關鍵的技術難題，這些技術難題制約著光催化降解這一技術的大規模實際應用。首先是對太陽能的利用率較低，常用的二氧化鈦禁帶寬度為3.2eV，光譜相應范圍較窄，光吸收波長主要集中在紫外區(λ<387nm)，而輻射到地面的紫外光部分僅占太陽光的3％左右，二氧化鈦無法利用太陽能的可見光部分，所以對太陽光的有效利用率很低；其次是由于光生載流子的復合率很高，導致量子效率較低，常用的二氧化鈦催化劑的量子效率只有4％左右，難以處理數量大、濃度高的工業廢水和廢氣。因此，構筑穩定高效且具有可見光活性的新型光催化材料就成為當前光催化降解領域研究的重中之重。

金屬富勒烯物理化學性質極為豐富，具有良好的光學特性和量子特性，并且其種類繁多，碳籠的點群對稱性也紛雜多變，其高度離域的大π共軛系統能夠加快電子傳輸，具有優異的電子遷移特性。然而，選擇合適的金屬富勒烯可控的修飾到納米材料上，形成催化性能高、可大規模應用的復合材料的研究才初見端倪。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

技術問題

為解決現有的TiO₂光催化材料的吸光效率低、光能的利用率低、電子-空穴復合快的問題，本發明的目的在于提供一種結構新穎的羧基化金屬富勒烯衍生物修飾TiO₂的復合材料及其制備方法和應用。該復合材料作為光催化劑使用時，光譜吸收范圍廣、電子-空穴復合幾率低。

解決方案

為實現本發明目的，本發明實施例提供一種羧基化金屬富勒烯衍生物修飾TiO₂的復合材料，其通過包括羧基化金屬富勒烯衍生物和表面帶有羥基的TiO₂的原料制備而成，所述羧基化金屬富勒烯衍生物和所述表面帶有羥基的TiO₂通過酯鍵相連，所述酯鍵是羧基化金屬富勒烯衍生物中的-COOH和二氧化鈦的表面-OH形成的。

羧基化金屬富勒烯衍生物中的-COOH失去-OH、二氧化鈦在水中形成的表面-OH失去-H后發生反應形成酯鍵相連，獲得復合材料。

本發明實施例還提供了一種羧基化金屬富勒烯衍生物修飾TiO₂的復合材料的制備方法，其包括以下步驟：