一种反蛋白石结构TiO2/ZrTiO4/SiO2复合光催化剂及其制备方法

本发明属于光催化剂技术领域，特别涉及一种反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂。

背景技术：

tio2、zro2作为典型的n型半导体材料，在光催化降解、产氢、材料表面自洁净等领域有广泛的应用。zrtio4作为tio2与zro2反应的衍生物具备优异的催化性能，被应用于光催化降解领域。但tio2较大的禁带宽度(3.2ev)，使得光响应范围较小；zrtio4也因其难以制备而无法被广泛应用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂及其制备方法，可解决可见光催化剂zrtio4难以制备，单一tio2光催化效果差等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂，表达式为tio2/zrtio4/sio2，其制备方法包括：

步骤1、将苯乙烯、α-甲基丙乙烯和水混合，在60-80℃恒温搅拌6-10h制备聚苯乙烯(ps)悬浮液，将ps悬浮液放置于40℃鼓风干燥箱中保温12-24h后得到块状ps模板；

步骤2、将柠檬酸、氧氯化锆和硫酸钛加入去离子水中配制前驱体溶液a，将正硅酸乙酯加入到乙醇溶液中配置溶液b，将前驱体溶液a与溶液b混合均匀得到钛锆硅前驱体溶液；

步骤3、将钛锆硅前驱体溶液放置于40-60℃鼓风干燥箱中保温12-36h，将处理后的钛锆硅前驱体溶液浸渍入ps模板中，浸泡抽滤后静置24h，在500-1000℃热处理0.5-5h即可得到反蛋白石结构ti/zr/si三相复合可见光光催化剂。

所述步骤1中，苯乙烯用量6ml、α-甲基丙乙烯用量0.2ml、水用量100ml。

所述步骤2前驱体a溶液中，柠檬酸用量2～5g，氧氯化锆和硫酸钛的总量5～10g，氧氯化锆和硫酸钛的质量1:1-10:1，去离子水用量40ml；所述溶液b中，无水乙醇和正硅酸乙酯以体积比为(2～3.5)：1；所述前驱体a溶液与溶液b以体积比2:1混合。

所述步骤3中，钛锆硅前驱体溶液与聚苯乙烯(ps)模板以体积比5:3混合均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过异质结的构建可有效拓宽光响应范围；并且光子晶体所具备的特殊形貌特征，对光子运动具有一定的影响，将其特殊的结构引入光催化材料，可有效避免团聚，提高光的吸收利用，从而提高光催化活性。

2、本发明制备的反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂具备tio2/zrtio4异质结，与未具备此结构的复合产物相比，具有较大的光响应范围。sio2的加入可以更加有效的细化晶粒，同时促进生成zrtio4。

3、本发明制备的反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂，与未具备此结构的复合粉体相比，避免了团聚，比表面积显著提高，具备慢光子效应，表现出了很强的染料吸附能力和太阳能利用率，同时反蛋白石结构复合粉体的光催化活性，明显优于普通粉体光催化剂。

4、本发明制备的反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂具有很高的稳定性，同时具备较好的可重复使用性。

5、本发明的原料易得，制备方法简单、易操作，可重复性高，整个过程制备成本低。

附图说明

图1为实施例1中得到的反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂的扫描电镜照片。

图2为实施例1中得到的反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂在可见光激发下降解染料的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。本发明技术方案不局限于以下所列的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

实施例1

本发明结合模板法与溶胶-凝胶法制备前驱体，以ps球为软模板，浸泡tio2/zrtio4/sio2溶液，对其进行热处理从而得到反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂，具体步骤如下：

(1)以6ml苯乙烯，0.2mlα-甲基丙乙烯，100ml水为原料，80℃恒温搅拌8h制备聚苯乙烯(ps)悬浮液，将ps悬浮液放置于40℃鼓风干燥箱中保温12h后得到块状ps模板；

(2)前驱体溶液a的配置：按照质量比为2.6:1:3.7称取总量为12g的柠檬酸、氧氯化锆以及硫酸钛备用，将柠檬酸、氧氯化锆及硫酸钛溶解于40ml去离子水中，磁力搅拌20min得到前驱体溶液a。

(3)溶液b的配置：按照氧氯化锆与正硅酸乙酯的摩尔比为0.5:3计算所需的正硅酸乙酯量，按照体积比1:3分别量取总量为27ml的正硅酸乙酯和无水乙醇，混合均匀，磁力搅拌20min。

(4)钛锆硅前驱体溶液的配置：在持续磁力搅拌下，将步骤3所制备的溶液b逐滴添加到前驱体溶液a中，滴加0.1ml聚乙二醇，磁力搅拌30min。

(5)反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合粉体的制备：将步骤4得到的钛锆硅前驱体溶液放置于鼓风干燥箱中，40℃下保温24h；将处理后的钛锆硅前驱体溶液浸渍入ps模板中，浸泡抽滤后静置24h，在800℃下热处理6h，得到反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合粉体，即反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂。

从图1可以看出，通过本方法所制备的粉体存在有较多的通孔，且整体结构较为平整。

利用该反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光光催化剂在可见光激发下降解染料，结果如图2所示，其中，随着可见光反应时间的延长，初始浓度为15mg/l罗丹明b浓度不断降低，在光反应150min后，罗丹明b降解率达到90％以上。

实施例2：

本发明结合模板法与溶胶-凝胶法制备前驱体，以ps球为软模板，浸泡tio2/zrtio4/sio2溶液，对其进行热处理从而得到反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂，具体步骤如下：

(1)以6ml苯乙烯，0.2mlα-甲基丙乙烯，100ml水为原料，80℃恒温搅拌8h制备聚苯乙烯(ps)悬浮液，将ps悬浮液放置于40℃鼓风干燥箱中保温12h后得到块状ps模板；

(2)前驱体溶液a的配置：按照质量比为2.6:1:3.7称取总量为12g的柠檬酸、氧氯化锆以及硫酸钛备用，将柠檬酸、氧氯化锆及硫酸钛溶解于40ml去离子水中，磁力搅拌20min得到前驱体溶液a。

(3)溶液b的配置：按照氧氯化锆与正硅酸乙酯的摩尔比为0.5:0计算所需的正硅酸乙酯量，按照体积比1:3分别量取总量为27ml的正硅酸乙酯和无水乙醇，混合均匀，磁力搅拌20min。

(4)钛锆硅前驱体溶液的配置：在持续磁力搅拌下，将步骤3所制备的溶液b逐滴添加到前驱体溶液a中，滴加0.1ml聚乙二醇，磁力搅拌30min。

(5)反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合粉体的制备：将步骤4得到的钛锆硅前驱体溶液放置于鼓风干燥箱中，40℃下保温24h；将处理后的钛锆硅前驱体溶液浸渍入ps模板中，浸泡抽滤后静置24h，在800℃下热处理6h，得到反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合粉体，即反蛋白石结构tio2/zrtio4/sio2复合光催化剂。

以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制，其他任何基于本发明的原理或精神实质下所作的改变、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。