[發(fā)明專利]鉍/銠共摻雜二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法和光催化應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011137895.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112387278B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊樹斌;李亞麗;李慶忠;程建波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/644
• 分類號(hào): B01J23/644;C02F1/30;A62D3/30;C02F101/34
• 代理公司: 煙臺(tái)雙聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 37225
• 代理人: 王娟

本發(fā)明公開了鉍/銠共摻雜二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法和光催化應(yīng)用。本發(fā)明在酸性條件下，通過鉍酸鈉氧化Rh(III)制備Rh(IV)溶液，并作為前驅(qū)體，利用水熱合成法，通過原位替換的方式將Rh(IV)摻雜到TiO₂材料中進(jìn)而制備鉍和銠共摻雜的TiO₂復(fù)合材料。該復(fù)合材料的顏色與Rh(IV)的摻雜比有關(guān)，隨著Rh(IV)摻雜比的增大，Bi,Rh?TiO₂的顏色也從白色逐漸變?yōu)辄S色、黃綠、灰色到黑色。Bi,Rh(IV)?TiO₂材料的光學(xué)禁帶寬度約為2.76―2.90eV，表現(xiàn)出良好的可見光催化性能。Bi,Rh(IV)?TiO₂材料在波長(zhǎng)大于400nm的可見光激發(fā)下，對(duì)乙酸的分解明顯優(yōu)于未摻雜的TiO₂，且當(dāng)Rh(IV)/Ti=0.22mol%。在波長(zhǎng)大于450nm的可見光激發(fā)下，Bi,Rh(IV)?TiO₂材料對(duì)異丙醇的分解明顯優(yōu)于未摻雜的TiO₂以及商業(yè)化的FP6和P25。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及光催化及環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含有四價(jià)銠離子的可見光催化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

環(huán)境和能源問題把太陽能的利用推到了科學(xué)與技術(shù)研究前沿，在太陽能利用的各種方案中，光催化實(shí)現(xiàn)太陽光能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程是一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域。光催化也是一種環(huán)境友好的環(huán)保污染治理技術(shù)，通過將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)污染物的光降解。TiO₂因其無毒、穩(wěn)定性好和光學(xué)性能高成為最受重視和具有廣闊應(yīng)用前景的光催化材料。但其禁帶寬度（~3.0eV）較大，限制了TiO₂只能利用紫外光，不能有效地利用太陽能，因此研究開發(fā)可見光響應(yīng)的TiO₂成為可見光光催化材料的熱點(diǎn)。

近幾年，三價(jià)銠摻雜的二氧化鈦復(fù)合材料（Rh(III)-TiO₂）和三價(jià)銠摻雜的鈦酸鍶）復(fù)合材料（Rh(III)-SrTiO₃），由于其可見光催化性能引起研究學(xué)者的重視。Rh(IV)（0.600?）具有和TiO₂中Ti(IV)相同的電荷和相近的離子半徑（0.605?）的離子半徑，使其更容易取代Ti(IV)進(jìn)行摻雜。然而，Rh(IV)摻雜或共摻雜的光催化材料鮮少報(bào)道，這主要是因?yàn)镽h(IV)的最外層4d⁵軌道存在一個(gè)單電子，使其非常的活潑，導(dǎo)致很難得到穩(wěn)定的Rh(IV)溶液。因此，研發(fā)一種簡(jiǎn)單易操作的Rh(IV)摻雜可見放催化材料制備方法是國(guó)內(nèi)外研究和技術(shù)開發(fā)的難點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了降低TiO₂的禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)TiO₂光催化過程的寬太陽光譜響應(yīng)，本發(fā)明提供了一種鉍/銠共摻雜二氧化鈦（Bi,Rh(IV)-TiO₂）的復(fù)合材料及其制備方法，具體為鉍/銠共摻雜二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法和光催化應(yīng)用。

本發(fā)明制備的復(fù)合材料為晶態(tài)納米材料，光學(xué)禁帶寬度相應(yīng)為2.76―2.90eV，表現(xiàn)出良好的可見光催化性能。而且，本發(fā)明制備的Bi,Rh-TiO₂復(fù)合材料中本專利的可見光催化材料在降解乙酸和異丙醇中均表現(xiàn)出優(yōu)良的催化性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鉍/銠共摻雜二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，包括以下操作步驟：

A、將硝酸溶液、RhCl₃溶液和鉍酸鈉粉末混合，充分?jǐn)嚢韬蠹吹米仙暮蠷h(IV)的溶液，并且硝酸溶液中硝酸的濃度10mol/L，

其中，硝酸溶液、RhCl₃和鉍酸鈉的摩爾比為100~2000：1：2~40；