一种光催化材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光催化材料的制备方法，属于功能材料技术领域。
【背景技术】
[0002]1102在自然界中存在三种相:金红石相、锐钛矿相和板钛矿相，板钛矿和锐钛矿相是亚稳态，它们是Ti02中的低温相；金红石相是热力学稳定态，是1102的高温相，锐钛矿相和板钛矿相得到金红石相的转化温度一般为500~600°C。从锐钛矿到金红石的相变是亚稳态到稳定态的不可逆相变，不存在特定的相变温度，通常有较宽的相变温度范围。
[0003]锐钛矿相的Ti02具有比金红石相的1102具有更好的光催化性能，尤其是当颗粒尺寸下降到纳米级以后，其光催化特性更加显著，是在环保和光电池材料方面有广阔应用前景的光催化材料，但是其光催化性能有两个重要瓶颈因素影响其应用，一是打02的能隙较宽(3.2eV)，需要吸收387 nm以下的紫外线才能被激发，所以只能吸收大概5%太阳光。所以长期以来，国内外一直致力于拓宽Ti02的吸收光谱。二是1102电子与空穴的复合率较高。电子与空穴的复合率高会严重的影响其催化性能。现在主要有二方面的方法解决这二种瓶颈，一个方面是采用表面修饰改性手段，如离子掺杂、贵金属沉积、有机染料敏化及与窄带隙半导体耦合等对宽带隙半导体材料(Ti02、Zn0等)进行改性。另一个方面是从纳米半导体材料的晶相结构、粒径大小、表面属性等材料合成角度出发，试图通过合成新型的纳米级的打02材料来使其可实用化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种光催化材料的制备方法，通过金属离子的掺杂来提高Ti02的吸收带边，降低禁带宽度，并且析出第二相提高二氧化钛从锐钛矿向金红石转变的相变温度，以及掺杂硅藻土来作为吸附剂，制备出纳米级Ti02，具体包括以下步骤:
(1)按前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇体积比为1:2~1:4的比例将前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇混合后作为A液；
(2)按ΗΝ03、去离子水、无水乙醇的体积比为1:3~6:17~20的比例将ΗΝ03、去离子水、无水乙醇混合后作为B液；
(3)按7~llg/L的比例将Ni(N03)2*6H20溶于B液得到C液，然后在磁力搅拌作用下按A液与C液体积比为5:4~10:9的比例将C液缓慢滴加入A液中，滴加完成后，按28~32g/L的比例在混合溶液中加入娃藻土后继续搅拌1~2小时；
(4)将该溶胶在室温下静置陈化24~96小时，干燥、研磨、煅烧然后随炉冷却，即得到二氧化钛粉末。
[0005]优选的，本发明步骤(4)中所述干燥的条件为70°C ~100°C下干燥24~96小时。
[0006]优选的，本发明步骤(4)中所述煅烧条件为从室温以5-6 °C /min升温到100 °C ~110°C，然后以 7-8°C /min 升温到 200 °C ~210°C，在 200°C ~210°C 保温 10~15min ;之后以 8.5-9°C /min 升温到 400°C~410°C，在 400°C~410°C保温 10~15min ;之后再以 8_9°C /min 升温到 450°C -460°C ;再以 5_6°C /min 升温到 750~850°C，并保温 30~40min。
[0007]本发明的原理:本发明采用掺杂Ni (N03)2*6H20来抑制二氧化钛的相转变；这是因为Ni的掺杂导致1102体系中存在偏析驱动能，偏析驱动能是离子半径差异引起的弹性应变能，而掺杂离子Ni2+ (0.0718 nm)的半径比Ti4+ (0.0605 nm)要大，导致Ni2+很难稳定存在Ti02晶格中，即使掺杂含量很低，都有可能出现掺杂离子的偏析，最终导致Ni 2+在晶界处析出，形成第二相，相当于引入杂质粒子，对晶界和晶粒有钉扎作用，阻碍晶界移动和抑制晶粒长大，从而抑制了 Ti02的晶型转变。而掺杂的硅藻土由于其是大孔结构，1102会吸附在它的孔径上，从而增加了比表面积，从而获得更好的吸光度，提升其光催化性能。
[0008]本发明的有益效果为:
(1)本发明所述方法制备成本低、过程简单。
[0009](2)本发明所述方法制备得到的光催化材料光吸收性能好，吸光范围较宽，太阳能转化效率高，并且吸收紫外线的能力强，光催化性能比较好；
(3)本发明掺杂时加入了硅藻土作为吸附剂，由于硅藻土是大孔结构，Ti02会吸附在它的孔径上，从而增加了比表面积，从而获得更好的吸光度。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0012]实施例1
(1)按前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇体积比为1:2的比例，将前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇混合后作为A液；
(2)按ΗΝ03(质量百分比浓度为65%)、去离子水、无水乙醇的体积比为1:3:17的比例将ΗΝ03、去离子水、无水乙醇混合后作为B液；
(3)按7g/L的比例将Ni(N03) 2*6H20溶于B液得到C液，然后在磁力搅拌作用下按A液与C液体积比为5:4的比例将C液缓慢滴加入A液中，滴加完成后，按28g/L的比例在混合溶液中加入娃藻土后继续搅拌2小时；
(4)将该溶胶在室温下静置陈化24小时，然后放入干燥箱中于70°C下干燥96小时；
(5)取出干凝胶在玛瑙研钵中进行研磨；
(6 )将步骤(5 )得到的粉末放入烧结炉中从室温以5 °C /min升温到100 °C，然后以7 °C /min升温到200 °C，在200 °C保温lOmin ;之后以8.5 °C /min升温到400 °C，在400 °C保温15min ;之后再以8°C /min升温到450°C;再以5°C /min升温到750°C，并保温30min然后随炉冷却，即得到掺杂二氧化钛粉末。
[0013]本法制备的掺杂Ni (N03)2*6H20和一定硅藻土的二氧化钛粉末在550°C时表现为74.5wt%板钛矿相和25.5wt%锐钛矿相两相共存，在650°C时出现21.5wt%的金红石相，在750°C出现94.5wt%的金红石相。随着温度由550°C升高到750°C，其吸收带边由445nm降到427nm，禁带宽度由2.81ev升高到2.87ev。其吸收带边较高，禁带宽度较小，说明其光吸收性能好，吸光范围较宽，太阳能转化效率高，并且吸收紫外线的能力更强，有着比较优良的光催化性能