[發(fā)明專利]一種用過渡金屬離子調(diào)控K2

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111118027.7
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113663677A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧昭平;馬艷林;吳宇航
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/38
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本發(fā)明涉及一種用過渡金屬離子調(diào)控K₂Ti₄O₉帶隙的制備方法及光催化應(yīng)用，屬于光催化降解領(lǐng)域。所述制備方法為：將TiO₂和K₂CO₃混合球磨后在空氣氣氛中加熱反應(yīng)，隨后將該產(chǎn)物分散于稀鹽酸中洗滌烘干得到K₂Ti₄O₉粉末；將K₂Ti₄O₉粉末分散于含過渡金屬離子的溶液中攪拌，隨后過濾烘干得到過渡金屬離子改性K₂Ti₄O₉的光催化材料。本法發(fā)明設(shè)計了一種簡單的通過離子交換引入過渡金屬離子到K₂Ti₄O₉層間的方法來實現(xiàn)對其光學(xué)帶隙的調(diào)控而對可見光響應(yīng)，從而解決其可見光利用率低的問題。本發(fā)明所述的方法簡單，成本低，效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化降解領(lǐng)域，具體涉及一種用過渡金屬離子調(diào)控K₂Ti₄O₉帶隙的制備方法及光催化應(yīng)用。

背景技術(shù)

工業(yè)化過程向環(huán)境中釋放了大量有機(jī)物，如抗生素，染料等，已經(jīng)對水環(huán)境造成了不可忽略的污染。在眾多處理有機(jī)污染物的方法中，光催化作為一種綠色環(huán)保的方法，也是最有前途的方法用于處理水環(huán)境中有機(jī)污染物。鈦系化合物中TiO₂是被研究最廣泛的光催化劑，其衍生物K₂Ti₄O₉(KTO)是同樣是一種無毒，低成本的層狀化合物。但其缺點在于比較大的光學(xué)帶隙，K₂Ti₄O₉的光學(xué)帶隙大概在3.2-3.4eV，僅僅對紫外光有響應(yīng)，然而入射至地面的太陽光中僅含有4％的紫外光可以利用，因此調(diào)控光學(xué)帶隙以對可見光有響應(yīng)是增加太陽光催化效率的有效途徑。

對于K₂Ti₄O₉而言，本身層狀結(jié)構(gòu)使得K⁺離子可以很容易與其他陽離子進(jìn)行交換，因此可以通過離子交換引入其他陽離子來實現(xiàn)對其帶隙的調(diào)控從而使得K₂Ti₄O₉能對可見光響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明設(shè)計了一種簡單的通過離子交換引入過渡金屬離子到K₂Ti₄O₉層間的方法來實現(xiàn)對其光學(xué)帶隙的調(diào)控而對可見光響應(yīng)，從而解決其可見光利用率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種用過渡金屬離子調(diào)控K₂Ti₄O₉帶隙的制備方法，包括以下步驟：

(1)將TiO₂和K₂CO₃混合球磨后在空氣氣氛中加熱反應(yīng)，隨后將該產(chǎn)物分散于稀鹽酸中洗滌烘干得到K₂Ti₄O₉粉末；

(2)將步驟(1)中所得K₂Ti₄O₉粉末分散于含過渡金屬離子的溶液中攪拌，隨后過濾烘干得到過渡金屬離子改性K₂Ti₄O₉的光催化材料。

進(jìn)一步地，步驟(1)中TiO₂與K₂CO₃的物質(zhì)的量比例為2:1，加熱溫度為950-1100℃，保溫時間為0.5-2h。