[發明專利]一種黑色二氧化鈦/碳材料復合材料及制備方法與應用

在審

• 申請號: 201811541539.2
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109647368A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 閆春澤;李昭青;劉主峰;陳鵬;楊磊;伍宏志;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J21/06;B01J37/08;B01J37/18;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;曹葆青

本發明公開了一種黑色二氧化鈦/碳材料復合材料及制備方法與應用，屬于二氧化鈦材料制備領域。將碳材料和鈦源分散于有機溶劑中，并加入表面活性劑混合均勻，然后滴加堿性水溶液使鈦源反應生成二氧化鈦，并附著在碳材料表面；反應完成后，經離心、洗滌、干燥得到二氧化鈦/碳材料固體粉末；將制得的粉末低溫煅燒除去有機物，然后在一定溫度下氫氣氣氛中煅燒制得黑色二氧化鈦/碳材料復合材料。所述黑色二氧化鈦/碳材料復合材料應用于降解有機物，具有較高的催化活性，且具有工藝簡單，成本低，無二次污染。

技術領域

本發明屬于二氧化鈦材料制備領域，更具體地，涉及一種黑色二氧化鈦/碳材料復合材料及制備方法與應用。

背景技術

能源和環境問題是當今制約人類發展的重大問題，二氧化鈦具有光催化活性高，化學性質穩定等特性，在清潔能源、環境治理等方面具有廣泛的應用，是光催化材料研究應用的熱點。

然而，二氧化鈦作為一種重要的半導體材料，其室溫下的帶隙寬度為3.2eV(銳鈦礦)。其帶隙寬度較大使其只能對紫外光吸收，而對太陽光中占比很大的可見光無法吸收利用。同時，二氧化鈦在光催化反應過程中光生電子空穴對容易發生復合，這兩個缺點限制了二氧化鈦的應用。

為此，現有技術中已經對其提出了一些解決方案。例如，CN 104084186 A、CN106732504 A、CN 107899560 A、CN 108097230 A中公開的石墨烯/ 二氧化鈦光催化復合材料及其制備方法，使二氧化鈦分散于石墨烯片層上，從而提高電子-空穴分離時間，提高光催化劑的光催化性能，但其對二氧化鈦光催化材料可見光利用率低的缺點未進行改善；CN107138161 A、CN 102249300 A、CN 103964503 A中公開的黑色二氧化鈦制備方法，可有效提高二氧化鈦光催化材料的可見光吸收效率，但在光催化過程中光生載流子容易發生復合，影響催化效率的提高。因此，已有的研究方法在一定程度上改善了二氧化鈦的光催化性能，但在一些關鍵難題中如可見光吸收效率、光生載流子易復合等問題上還存在問題。

發明內容

本發明解決了現有技術中二氧化鈦光催化材料可見光利用率低和光生載流子容易發生復合的技術問題。

按照本發明的第一個方面，提供了一種黑色二氧化鈦/碳材料復合材料的制備方法，含有以下步驟：

(1)將鈦源和碳材料分散于有機溶劑中，加入表面活性劑，得到混合溶液；

(2)向步驟(1)中得到的混合溶液中滴加堿性水溶液，使混合溶液中的鈦源水解得到二氧化鈦；然后進行離心，棄上清取沉淀，將沉淀進行洗滌和干燥，得到粉末狀的二氧化鈦/碳材料復合材料；

(3)將步驟(2)中制得的粉末狀的二氧化鈦/碳材料復合材料在空氣氣氛下加熱除去殘留的有機物，然后在氫氣氣氛中煅燒，制得黑色二氧化鈦/碳材料復合材料。

優選地，步驟(3)所述煅燒的溫度為400℃-1000℃，煅燒的時間為60 min-120min，煅燒過程中氫氣氣氛的壓強為0.01MPa-5MPa。

優選地，步驟(1)所述碳材料為石墨烯、碳納米管、碳纖維或活性炭；

優選地，所述石墨烯為二維石墨烯或三維石墨烯。

優選地，步驟(1)所述鈦源為鈦酸四丁酯、異丙醇鈦、乙醇鈦、四氯化鈦、四溴化鈦和硫酸鈦中的至少一種；步驟(2)中所述堿性水溶液為氨水溶液、氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氫氧化鈣水溶液、碳酸銨水溶液、碳酸氫銨水溶液、碳酸鉀水溶液和碳酸氫鈉水溶液中的至少一種；步驟(2)中所述水解的時間為10min-60min；步驟(2)所述干燥的溫度為50℃-90℃，干燥的時間為2h-10h。

按照本發明的另一方面，提供了任一所述方法制備得到的黑色二氧化鈦/碳材料復合材料，其所述復合材料含有黑色二氧化鈦顆粒和碳材料，所述黑色二氧化鈦顆粒負載在碳材料表面；所述黑色二氧化鈦摻雜了氫原子。