[發明專利]一種二氧化鈦光催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110679721.X
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113318723A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張荔;同若冰;楊艷玲;侯小江;馮雷;鎖國權;葉曉慧
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;C01B3/04;B01D53/86;B01D53/56;C01G23/053
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種二氧化鈦光催化材料及其制備方法和應用，所述方法包括以下步驟：將三氯化鈦的稀鹽酸溶液溶解在無水乙醇中，所述溶液與無水乙醇的體積比為(1.435～5.74)：(30～40)，獲得前驅液；將前驅液水熱處理5～12h，得到反應液；將反應液冷卻后分離產物，之后依次用乙醇清洗、干燥得到二氧化鈦光催化材料。該TiO₂材料具有豐富的表面缺陷及較大的比表面積，減小了材料的禁帶寬度，從而將材料的光吸收擴展至可見光區的同時，增多了材料表面的反應活性位點，而其表面缺陷還可以捕獲光生電子，降低光生載流子的復合率，產生更多的反應活性物種，從而提高光催化產氫和去除空氣中NO性能。

技術領域

本發明屬于光催化材料制備技術領域，具體為一種二氧化鈦光催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

從過去的幾十年開始，氫氣一直是作為一種未來能源，具有可取代昂貴和污染的化石燃料的潛力，因此產氫受到了廣泛的關注。產氫的方式可以分為可再生和不可再生兩種。光電解法和光催化水分解法屬于可再生的方式，而蒸汽重整和氣化屬于不可再生的方式。環境污染破壞了人類的生態環境，給人類的生存帶來了許多的潛在危害，空氣污染給人類帶來的是最直接的危害，其中氮氧化物是危害最大、最難處理的空氣污染物之一。在眾多的大氣污染物中，氮氧化物由于能夠產生酸雨、引起臭氧層破壞并帶來光化學煙霧和霧霾等惡劣天氣，近年來備受社會關注。氮氧化物的主要成分是二氧化氮(NO₂)和一氧化氮(NO)，它們在大氣中存在時間較長，含量較大，對人、物、植物以及其他的物質產生有害影響時，就會形成污染。隨著社會的發展，對空氣污染的治理也提上日程，需要各種方法對空氣污染進行治理。在70年代，光催化首次以制備氫氣的能源技術被提出，在后來的研究中，發現它可以應用在環境污染方面。在多種治理污染的方法中，光催化作為一種低成本、無污染的綠色技術引起了廣泛關注。

在不同的制氫方法中，光催化是一種很有前途的制氫方法，它對環境無污染，并且利用了太陽能和水等可再生資源。而實現光催化制氫這一目標的催化劑的首要條件是太陽光能的吸收、相對于水的氧化還原電位適宜的帶邊位置以及較低的光生載流子復合率。目前，大多數已開發的水分解光催化劑都是利用貴金屬基助催化劑實現高活性。但是，對于大規模的能源生產來說，這些材料過于稀有和昂貴。TiO₂作為一種典型的氧化物半導體，由于其在電子和光催化方面的多種功能，在過去的幾十年里得到了廣泛的研究。

在眾多的光催化劑中，TiO₂因其具有生成H⁺/H₂的帶電位、來源廣泛、無毒、耐蝕性和高化學穩定性、高熱穩定性而成為一種很有前景的制氫催化劑。然而，TiO₂有兩個較大的缺陷，一是光吸收局限于紫外區，二是電子-空穴對的快速重組，導致其在實際應用過程中受到限制。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種二氧化鈦光催化材料及其制備方法和應用，以無水乙醇為溶劑，以TiCl₃為鈦源，使其在高溫高壓環境中反應，通過升溫、保溫和降溫三個階段，生長出微米塊狀TiO₂光催化材料。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種二氧化鈦光催化材料的制備方法，包括以下步驟：

將三氯化鈦的稀鹽酸溶液溶解在無水乙醇中，所述溶液與無水乙醇的體積比為(1.435～5.74)：(30～40)，獲得前驅液；

將前驅液水熱處理5～12h，得到反應液；

將反應液冷卻后分離產物，之后依次用乙醇清洗、干燥得到二氧化鈦光催化材料。

優選的，將三氯化鈦的稀鹽酸溶液分散在乙醇中，之后攪拌0.5～1h，獲得前驅液。

優選的，所述的前驅液在180～220℃下進行水熱處理。

優選的，將所述的反應液冷卻后離心，得到產物。