[發明專利]一種鉬、硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201811296030.6
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109364955A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 趙杰;馮帥軍;白雨潔;賴苗
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 高亦哲

一種鉬、硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料的制備方法及其應用，以二（2?羥基丙酸）二氫氧化二銨合鈦、二水鉬酸鈉、硫脲、去離子水為原料，在210℃水熱條件下反應12小時，然后常規洗滌數次，在真空烘箱中以50℃烘6小時。用本發明制備的光催化材料在光催化還原CO₂活性測試實驗中，鉬硫共摻雜的二氧化鈦活性明顯比純二氧化鈦高，其中甲烷產量是純二氧化鈦的14倍左右，甲烷選擇性(CH₄/總產量)達到75%左右，是純二氧化鈦的5倍。本方法具有制備簡單、催化活性高、甲烷選擇性提高顯著和催化劑壽命長的特點，因此，可以應用于光催化還原的相關領域。

技術領域

本發明屬于催化劑制備技術領域，具體涉及一種鉬、硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料的制備方法及其應用。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人類面臨很多環境問題，比如溫室氣體CO₂排放過多、能源短缺等。這些問題在近年來越來越嚴重，因此，一種將CO₂轉化為可利用能源的技術亟待被開發出來。自從1967年藤島昭教授在一次試驗中發現了光催化反應至今，光催化技術越來越引起人們的重視，其具有對環境無二次危害、清潔環保、反應條件溫和的優點。近年來科研工作者做出了許多努力，以期能將CO₂“變廢為寶”。

二氧化鈦被認為是一種有效的能將CO₂光催化還原的催化劑，但是由于其本身存在諸多問題而不能廣泛應用，比如禁帶寬度太大、載流子復合率高、只對紫外光響應等。研究發現元素摻雜是一種有效的改性辦法。近年來對元素摻雜的研究主要圍繞非金屬和非金屬、非金屬和金屬摻雜展開。以往的摻雜工藝多數是先制備待改性基體，再將改性元素引進基體晶格，這樣不僅需要兩步，而且摻雜效果不理想，鉬、硫元素和二氧化鈦的結合并不緊密。如果采用一步法制備，在二氧化鈦生成的過程中將鉬、硫元素摻雜進二氧化鈦晶格中，不僅可以節約成本還能使摻雜元素與二氧化鈦結合緊密。因此，開發出這種一步法的制備工藝對制備光催化材料及其應用具有重要作用。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種鉬、硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料的制備方法及其應用，能在較低溫度下合成，并且可以使用多種鉬源、硫源和鈦源為原料合成。合成過程具有簡便、安全、反應條件溫和的特點。應用領域為提高以二氧化鈦為基礎的光催化材料光催化還原二氧化碳的活性，以及提高以二氧化鈦為基礎的光催化材料光催化還原二氧化碳產甲烷的選擇性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種鉬、硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）稱取一定質量的鉬源和硫源，分別配制成1mg/mL濃度的水溶液后備用；

2）量取一定體積步驟1）制備的溶液加入到一定量的鈦源中，混合均勻；

3）將步驟2）制備的混合液轉移到50毫升帶聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，并加去離子水至35毫升；

4）將高壓反應釜置于烘箱，在150℃-280℃反應溫度下反應6-24小時；

5）反應結束后自然冷卻至室溫，倒掉上清液，將沉淀物用去離子水和無水乙醇分別洗數次，洗凈后的樣品在真空烘箱中烘干，得到鉬與二氧化鈦的質量比為0%-40%，硫與二氧化鈦的質量比為0%-50%的鉬硫共摻雜二氧化鈦的光催化材料。

進一步，步驟1）中所述的鉬源采用二水鉬酸鈉、四水鉬酸銨或五水硝酸鉬中的任意一種。

進一步，步驟1）中所述的硫源采用硫脲、硫代乙酰胺、九水硫化鈉、硫化銨或硫氰酸鉀中的任意一種。

進一步，步驟2）中所述的鈦源采用二（2-羥基丙酸）二氫氧化二銨合鈦。

進一步，步驟5）中所述的烘干溫度為50℃-80℃，烘干時長為5-24小時。