[發明專利]一種可見光響應TiO2

有效

• 申請號: 201810566687.3
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108704659B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 張興華;秦若涵;賈小波;李蘭蘭;楊曉婧;盧遵銘;劉輝
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種BCNO納米片負載TiO₂的可見光響應催化劑的制備方法。該方法采用丙三醇為溶劑，利用硼酸、六次甲基四胺和鈦酸丁酯為原料合成BCNO納米片前軀體，然后在空氣氛圍的馬弗爐中燒結，一步合成BCNO納米片負載TiO₂的復合催化劑。該TiO₂/BCNO納米片催化劑的光吸收由紫外延伸至可見光區，可以作為可見光催化劑增大太陽能轉換、光解水和降解環境污染物等的效率。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，更加具體地說，涉及一種可將光響應催化劑 BCNO(硼碳氮氧)納米片負載金屬氧化物TiO₂的制備方法及性能研究。

背景技術

催化劑的主要作用是降低化學反應的活化能，加速反應速率，被廣泛應用于化學電源、制藥、環境保護等方面。金屬氧化物在催化劑領域中非常重要，可作為助催化劑、主催化劑被廣泛使用，而常用過渡金屬氧化物催化劑中，二氧化鈦 (TiO₂)做為光催化劑極具應用前景，它具有高活性、無毒性、化學惰性等優點，但是也存在兩個主要缺點：一是光響應范圍窄并且只能在紫外光下產生催化效應；二是易光生電子-空穴復合，限制了光生電子的產生和利用，所以亟需找到在可見光(能量低)下能使TiO₂產生電子躍遷并抑止電子空穴復合的方法。因此，亟需找到在可見光(能量低)下能使TiO₂產生電子躍遷并抑止電子-空穴復合的方法。B、N、Fe等不同元素摻雜雖然能夠減小TiO₂的禁帶寬度，增加可見光響應，但是由于工藝復雜且可控性和重復性較差，不利于工業化生產。此外，將TiO₂負載在合適的載體材料上形成復合材料也是提高TiO₂可見光響應的有效手段。由于載體對可見光的強吸收可以將TiO₂復合體系的光響應范圍延伸到可見光區，從而提高可見光光催化性能。目前載體一般采用窄帶隙半導體材料，并且通常采用兩步法進行合成，首先合成窄帶隙載體材料，然后再通過物理或化學方法將TiO₂負載在載體材料上，該方法步驟繁瑣、不易于工業生產。因此尋找一種制備方法簡單、載體材料價格低廉，并且可以一步實現TiO₂與載體復合的可見光響應催化劑具有重要的研究意義和應用價值。硼碳氮氧(BCNO)是一種新型窄帶隙半導體材料，吸收可覆蓋整個可見光區域，并且價格低廉、無毒無污染、制備方法簡單。目前我們實現了BCNO納米片的可控制備，如果將TiO₂負載在BCNO納米片上不僅可以進一步提高TiO₂的比表面積，更有利于提高其在可見光范圍的催化性能。基于以上背景，本發明提出了一步法合成可見光響應催化劑BCNO納米片負載TiO₂的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于針對目前過渡金屬氧化物TiO₂對可見光利用率低的弱點，提供一種一步法合成可見光響應的BCNO納米片負載TiO₂的工藝。該發明采用丙三醇為模板劑，以硼酸為硼源，六次甲基四胺為氮源，鈦酸丁酯為鈦源，利用丙三醇為模板，硼酸和六次甲基四胺縮合加成形成BCNO納米片前軀體，鈦酸丁酯均勻負載在BCNO納米片前軀體上，通過一次燒結合成BCNO納米片負載TiO₂的復合催化劑。通過改變負載量和硼氮比提高TiO₂的可見光催化性能并用于亞甲基藍染料的可見光降解。

本發明的技術方案為：

一種BCNO納米片負載TiO₂的可見光響應催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將不同配比的硼酸、六次甲基四胺加入到50mL的燒杯中，再加入 20-30mL的丙三醇；其中硼酸用量為0.002mol，硼酸：六次甲基四胺＝1:1～3；然后在30～50℃下加熱攪拌4～5小時使硼酸和六次甲基四胺完全溶解；

步驟2：加入不同量的鈦酸丁酯，攪拌1～2小時后，放入烘干箱中140～160℃下保溫2～3小時，緩慢的把丙三醇蒸干，形成BCNO納米片負載氧化鈦的前軀體；