[發(fā)明專利]鋁-二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010743843.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111774049A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐銘澤;張挺聳;劉靜;李金華
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: B01J21/08
• 分類號: B01J21/08;B01J35/02;B01J35/08;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

鋁?二氧化硅?二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。在所述光催化劑中，SiO₂層包覆于Al納米粒子表面，Al納米粒子的粒徑為50nm～100nm，SiO₂層的層厚為5nm～10nm，在SiO₂層表面布滿TiO₂納米粒子，TiO₂納米粒子的粒徑為5nm～20nm。所述制備方法首先向Al納米粒子懸濁液中加入半胱氨酸，經(jīng)攪拌后得到表面修飾的Al納米粒子懸濁液；其次向表面修飾的Al納米粒子懸濁液中滴加正硅酸四乙酯的乙醇溶液，滴加完畢后攪拌，在Al納米粒子表面生成SiO₂層，獲得包覆SiO₂層的Al納米粒子懸濁液；第三向包覆SiO₂層的Al納米粒子懸濁液中加入谷胱甘肽，攪拌后再加入TiO₂納米粒子，繼續(xù)攪拌獲得Al?SiO₂?TiO₂復(fù)合光催化劑懸濁液，再以離心甩干方式除去上清液，得到鋁?二氧化硅?二氧化鈦復(fù)合光催化劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁-二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會發(fā)展，人們生活中越來越依賴各種工業(yè)產(chǎn)品，如塑料、農(nóng)藥、染料、紡織印染品等。然而，在這些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量有機(jī)物廢水，其中的有機(jī)物許多都有較高的毒性，并且不易降解，嚴(yán)重污染水體。這些有機(jī)物還會造成環(huán)境破壞，例如，這些有機(jī)物進(jìn)入水體后，能夠被好氧微生物分解，使水體溶解氧大幅下降，甚至造成缺氧狀態(tài)、危害水中生物，使大批魚類死亡。因此，需要采取措施處理水中有機(jī)物。目前，光催化技術(shù)能夠高效、無污染地以降解方式處理水中有機(jī)物。光催化技術(shù)使用的核心材料為寬禁帶半導(dǎo)體材料，其特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得半導(dǎo)體在特定波長光的照射下產(chǎn)生電子空穴對，電子空穴對參與降解反應(yīng)，結(jié)果生成二氧化碳和水，實(shí)現(xiàn)無污染處理水中有機(jī)污染物。

半導(dǎo)體光催化效率受到光響應(yīng)范圍、量子產(chǎn)率等因素影響，而金屬納米粒子與半導(dǎo)體材料相復(fù)合能夠提高半導(dǎo)體光催化效率，增強(qiáng)光催化效果。所述金屬納米粒子為貴金屬如金、銀納米粒子，利用其表面等離子共振效應(yīng)來增強(qiáng)半導(dǎo)體的光催化活性。不過，一方面所述貴金屬價(jià)格非常高，催化劑成本勢必大幅提高；另一方面，金、銀納米粒子的表面等離子共振波長范圍通常在可見光波段內(nèi)，雖然Bi₂Te₃、Bi₂Se₃的表面等離子共振波長范圍在可見光及近紅外波段，但是，現(xiàn)有寬禁帶半導(dǎo)體材料TiO₂卻是商業(yè)化程度最高的光催化半導(dǎo)體材料，遺憾的是TiO₂對于紫外光才能夠響應(yīng)，如果要遷就TiO₂的這一特性，就需要對金、銀納米粒子的形貌、尺寸進(jìn)行調(diào)控，否則無法以金、銀納米粒子與TiO₂復(fù)合的方式增強(qiáng)半導(dǎo)體光催化效果；再有，在現(xiàn)有技術(shù)中，出現(xiàn)了一種金-二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合光催化劑，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由SiO₂層包裹的Au顆粒附著在300nm厚的TiO₂薄膜上，如圖1所示，可是，Au顆粒與TiO₂薄膜的接觸面太小，發(fā)生在金屬粒子與半導(dǎo)體材料界面的表面等離子共振效應(yīng)太弱，光催化效率低。

發(fā)明內(nèi)容

為了獲得一種由價(jià)廉金屬納米粒子與商業(yè)化程度高的寬禁帶半導(dǎo)體材料復(fù)合的光催化劑，同時，提高光催化劑的光催化效率，我們發(fā)明了一種鋁-二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法。

本發(fā)明之鋁-二氧化硅-二氧化鈦復(fù)合光催化劑以TiO₂作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，以SiO₂層作為電子阻擋層，其特征在于，如圖2所示，SiO₂層包覆于Al納米粒子表面，Al納米粒子的粒徑為50nm～100nm，SiO₂層的層厚為5nm～10nm，在SiO₂層表面布滿TiO₂納米粒子，TiO₂納米粒子的粒徑為5nm～20nm。