[發明專利]銠摻雜二氧化鈦復合材料及其制備方法和光催化應用

有效

• 申請號: 202011139821.5
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112427034B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 楊樹斌;李亞麗;李慶忠;程建波
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J21/06;B01J35/00;C01B32/50;C07C45/39;C07C49/08
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 王娟

本發明公開了銠摻雜二氧化鈦復合材料及其制備方法和光催化應用。本發明在酸性條件下，通過鉍酸鈉氧化Rh(III)制備Rh(IV)溶液，利用水熱合成法，通過原位替換的方式將Rh(IV)摻雜到TiO₂材料中作為前驅體，然后通過強酸將復合材料中的鉍元素洗掉，制備得到銠摻雜的TiO₂復合材料。該復合材料的顏色與Rh(IV)的摻雜比有關，隨著Rh(IV)摻雜比的增大，Rh?TiO₂的顏色也從白色逐漸變為黃色、黃綠到灰色。Rh(IV)?TiO₂材料的光學禁帶寬度約為2.72―3.0eV，表現出良好的可見光催化性能。Rh(IV)?TiO₂材料在波長大于400nm的可見光激發下，對乙酸的分解明顯優于未摻雜的TiO₂。在波長大于450nm的可見光激發下，Rh(IV)?TiO₂材料對異丙醇的分解明顯優于未摻雜的TiO₂。

技術領域

本專利涉及光催化及環境治理技術領域，尤其涉及一種含有四價銠離子的可見光催化材料及其制備方法。

背景技術

光催化技術在環境污染物治理、光解水制氫、太陽能電池等領域具有廣闊的應用前景。研究發現數百種主要的有機或無機物都可用光催化氧化的方法分解。利用TiO₂光催化降解有機污染物是目前國際上十分關注的研究領域，但TiO₂只能吸收波長小于387nm的紫外光，在可見光照射下沒有光催化活性。因太陽光中只有不足4％的光能為紫外光，而人造紫外光源又有耗電大，設備昂貴，穩定性差等缺陷，因此研制新的光催化劑使得它能夠吸收太陽光中的可見光，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效地降解有機污染物成為光催化領域關鍵的科學難題。研究發現金屬離子摻雜改性可以實現擴展光催化劑吸收波長到可見光區域和抑制空穴/電子對復合的雙重目的，是提高TiO₂可見光催化性能的一種有效手段。

四價銠((Rh(IV)，)的離子半徑是而TiO₂中Ti(IV)的離子半徑是由于它們具有相同的電荷和非常相近的離子半徑，理論上決定了Rh(IV)更易置換TiO₂晶格中的部分Ti(IV)。然而，Rh(IV)摻雜或共摻雜的TiO₂光催化材料鮮少報道，這主要是因為Rh(IV)的最外層4d⁵軌道存在一個單電子，使其非常的活潑，導致很難得到穩定的Rh(IV)溶液。而且，目前報道的涉及Rh(IV)摻雜改性的光催化材料均是通過高溫(900℃)過程制備的，而且氧化操作復雜。

發明內容

為了有效地將TiO₂的吸收光譜擴展到可見光區域，提高TiO₂的可見光催化性能，本發明提供了一種四價銠摻雜二氧化鈦(Rh(IV)-TiO₂)的復合材料及其制備方法，具體為四價銠摻雜二氧化鈦復合材料及其制備方法和光催化應用。

本發明制備的復合材料為半導體納米材料，在波長為450-1000nm范圍內存在很寬的光吸收譜帶，光學禁帶寬度約為2.72―3.0eV，表現出良好的可見光催化性能。而且，本發明制備的Rh(IV)-TiO₂復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出優良的催化性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種銠摻雜二氧化鈦復合材料的制備方法，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，充分攪拌后即得紫色的含有Rh(IV)的溶液，其中，硝酸溶液、RhCl₃和鉍酸鈉的摩爾比為100～2000：1：2～40，并且硝酸溶液中硝酸的濃度10mol/L；