[發明專利]鐵摻雜的二氧化鈦納米晶體及其作為光催化劑的用途

有效

• 申請號: 201780074960.4
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN110536746B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: R·赫林;V·莫拉迪
• 申請（專利權）人: RH-成像系統有限公司
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;A62D3/176;A62D3/30;B01J35/02;B01J37/02;C01G23/047;C01G49/02
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 楊巍;蔡倫

提供了一種制備可見光光催化劑的方法，所述方法包括用鐵來摻雜二氧化鈦納米晶體以提供鐵摻雜的納米晶體，用酸來洗滌所述鐵摻雜的納米晶體，以產生酸洗的鐵摻雜的二氧化鈦納米晶體，以及沖洗所述酸洗的鐵摻雜的二氧化鈦納米晶體以去除殘留的所述酸，從而提供可見光光催化劑。還提供了所述光催化劑，以及在修復中使用所述光催化劑的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2016年10月4日提交的題為“鐵摻雜的二氧化鈦納米晶體及其作為光催化劑的用途(IRON DOPED TITANIUM DIOXIDE NANOCRYSTALS AND THEIR USE ASPHOTOCATALYSTS)”的美國臨時專利申請序列號62404006的權益，其內容通過引用并入本文。

技術領域

本技術涉及低氧化鐵、鐵摻雜的二氧化鈦納米晶體作為光催化劑。更具體地，本技術是酸洗的鐵摻雜的氧化鈦可見光光催化劑。

背景技術

近幾十年來，銳鈦礦二氧化鈦(TiO₂)由于其低成本、高化學穩定性和優異的電荷傳輸能力而在諸如水凈化、水裂解和太陽能電池的光催化應用中得到廣泛研究。然而，由于其大的帶隙能量(≈3.2eV)，通過可見光其表現出差的光催化活性，需要UV光激活。已經表明，用過渡金屬離子摻雜TiO₂可以改善其在可見光輻照下的光催化活性。人們認為Ti的3d軌道與過渡金屬的d軌道的相互作用引入了可導致帶隙能量減小的帶內間隙狀態(intra-band gap state)，其導致光子吸收的紅移(較長波長)。此外，由于電荷載流子的有效分離，金屬摻雜劑可抑制電子/空穴的復合，從而增強光催化活性。光生電子與空穴的快速復合可降低TiO₂的光催化活性。使用金屬摻雜劑，可以捕獲電子和/或空穴，導致電荷載流子的壽命延長，從而增加其到達催化劑表面以引發光催化反應的時間。據報道，在過渡金屬中，Fe³⁺可以通過捕獲光生電子和空穴來最好地抑制電子/空穴復合。由于Fe³⁺/Fe⁴⁺的能級高于TiO₂的價帶能量且Fe³⁺/Fe²⁺的能級低于TiO₂的導帶能量，Fe³⁺可與空穴或電子反應形成Fe⁴⁺或Fe²⁺阱(trap)，從而減少電荷載流子的復合。另一方面，基于與獲得或失去電子有關的晶體場理論，Fe²⁺和Fe⁴⁺不如Fe³⁺穩定，導致其最終回到Fe³⁺狀態，這將釋放電子和空穴以便其遷移到催化劑表面以引發光催化反應。

先前的報道使用XPS和原子吸收光譜表明，Fe³⁺的表面濃度顯著高于體相濃度(bulk concentration)(Bajnóczi,G.；Balázs,N.；Mogyorósi,K.；Srankó,D.F.；Pap,Z.；Ambrus,Z.；Canton,S.E.；Norén,K.；Kuzmann,E.；Vértes,A.；Homonnay,Z.；Oszkó,A.；Pálinkó,I.；Sipos,P.,The influence of the local structure of Fe(III)on thephotocatalytic activity of doped TiO₂ photo-catalysts—An EXAFS,XPS andspectroscopic study.Applied Catalysis B:Environmental 2011,103,232-239)。