[發明專利]高暴露｛001}晶面Fe-TiO2

在審

• 申請號: 202010580000.9
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111604052A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 歐玉靜;趙丹;鄭毅;李春雷;石俊青;邵怡亮;金興智;何航黨;張變紅
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

高暴露｛001}晶面Fe?TiO2光催化材料及制備方法和用途，屬于光催化環境修復技術，該光催化材料的使用簡便的一步水熱法制備了高暴露｛001}晶面Fe?TiO₂光催化材料。由于光催化材料中鐵離子的引入降低了光生載流子的復合效率，從而使該光催化材料具有高效的光催化活性，且高于純相物質的光催化活性。所制備的光催化材料能夠在15 min時對玫瑰紅染料降解率達到95%以上。該光催化材料的制備方法簡便且原材料廉價。

技術領域

本發明屬于光催化環境修復技術，具體為高暴露｛001｝二氧化鈦摻雜鐵離子光催化材料的制備技術。

技術背景

TiO₂作為一種新型的光催化劑，因其具有良好的穩定性、成本低且無毒等優點，越來越引起人們關注。TiO₂的光催化活性高使其在光催化反應中擁有明顯優勢。直接采用TiO₂作為光催化劑對太陽光能的利用率較低，由于TiO₂的禁帶寬度較大，只能被波長小于385nm的紫外光激發，占太陽光能比重45％的可見光無法被有效利用。并且光激發產生的光生電子和空穴容易發生復合，使TiO₂的光催化活性進一步降低。納米二氧化鈦在光源激發下產生電子-空穴對的復合速率過快，吸附親和力差，與污染物接觸的反應活性位點不足，降低其光催化活性，因而限制了納米二氧化鈦光催化技術的實際應用。為此，如何有效的拓寬納米TiO₂的光譜響應范圍和抑制光生電子-空穴對復合的速率成為提高其光催化性能的關鍵。

2008 年，Lu等通過計算發現 HF 可以顯著的降低｛001｝晶面的表面能，并制備得到了{001}晶面暴露比為 47% 的TiO₂微晶，該TiO₂微晶在光解水制氫方面具有較高的催化活性。該研究成果啟發人們對微米和納米尺寸的{001}晶面主導的銳鈦礦型TiO₂的研究。2009 年，Han等以鈦酸正丁酯和HF為原料，在 180℃的水熱條件下合成了{001}晶面暴露比高達 89% TiO₂納米薄片，這種二氧化鈦納米片在光催化降解甲基橙溶液時顯示出較好光催化性能，研究還發現去除表面氟化物后，催化劑的降解效果會更好，經過7次重復使用，降解效率幾乎沒有發生變化。Luan的研究結果與Han的不同，他發現表面氟化物的存在可以提高對空氣中O₂分子的吸附能力，是維持TiO₂納米薄片高催化活性的關鍵。因此，采用高暴露｛001｝晶面的二氧化鈦作為反應基底物進行改性。

目前針對納米二氧化鈦功能化改性主要的研究方法包括離子摻雜、貴金屬沉積、半導體復合及形貌調控等。其中離子摻雜是提高納米二氧化鈦光催化性能，拓寬光譜響應范圍最有效的手段之一。離子摻雜改性納米二氧化鈦主要包括金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、共摻雜等。該方法選用金屬離子摻雜對反應基底物進行改性，從而提升其光催化活性。

發明內容

本發明的目的在于解決單一光催化劑在可見光照射下光催化降解效率不高的問題，提供一種簡便且高效合成鐵離子摻雜二氧化鈦光催化材料的制備方法。

本發明是高暴露｛001}晶面Fe-TiO₂光催化材料及制備方法和用途，高暴露｛001}晶面Fe-TiO₂光催化材料中，Fe-TiO₂光催化材料是由三價鐵離子摻雜二氧化鈦納米片而形成的，其中鐵元素與鈦元素的摩爾比為5%：1。

以上所述高暴露｛001}晶面Fe-TiO₂光催化材料的制備方法，其步驟為：

步驟（1）取10 mL鈦酸四丁酯加入燒杯中，再將1.2 mL40% 氫氟酸溶液滴加到燒杯內；

步驟（2）按照鐵元素與鈦元素摩爾比為5%：1的比例，向燒杯中加入預設量的九水硝酸鐵；

連續磁力攪拌30 min；