一种可见光响应的二氧化钛光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种可见光响应的二氧化钛光催化剂及其制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种最具应用前景的半导体光催化材料，已被广泛用于环境污染物降解、光解水产氢等领域。但是，由于二氧化钛属于宽禁带半导体(禁带宽度一般为3.0～3.2ev)，只能吸收利用波长小于400nm的紫外光，很大程度上限制了二氧化钛的应用和发展。

近些年来，人们尝试通过金属/非金属掺杂、表面修饰、半导体复合、染料敏化等技术手段拓宽二氧化钛光催化剂的光响应范围，开发出一系列二氧化钛基可见光催化剂，如掺杂型二氧化钛、敏化型二氧化钛、复合型二氧化钛、缺陷型二氧化钛。

二氧化钛的制备方法有很多种，常见的有气相沉积法、溶胶-凝胶法、超声法、水热法、溶剂热法等。不同方法制备出的二氧化钛材料，其形貌、粒径、晶相等微观结构也会不同，而微观结构的改变也将影响着二氧化钛的可见光吸收、电子能带结构及其光催化性能。

探索研究制备工艺简便、性能更加稳定的可见光响应的二氧化钛光催化剂在理论和实际应用上都具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可见光响应的二氧化钛光催化剂的制备方法以及该方法所制得的二氧化钛光催化剂，制备方法工艺简单、条件温和、生产成本低、易于大规模生产；制得的二氧化钛光催化剂具有较大比表面积，在可见光区域有着良好的光响应性。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可见光响应的二氧化钛光催化剂的制备方法，先将钛盐前躯体溶液置于反应釜中高温得到二氧化钛半成品，然后将二氧化钛半成品分别用去离子水和乙醇洗涤、离心、干燥、研磨即得二氧化钛光催化剂。

具体包括以下步骤：

(1)将钛盐前躯体、冰醋酸和去离子水按照比例混合，搅拌15-60分钟，得澄清透明溶液；

(2)将所述澄清透明溶液置于高压反应釜中，水热反应1-24小时，自然冷却，得白色固体；

(3)将所述白色固体分别用去离子水和乙醇洗涤至中性，然后在70～80℃干燥、研磨，得到所述可见光响应的二氧化钛光催化剂。

进一步的，所述步骤(1)中钛盐前躯体、冰醋酸和去离子水按照摩尔比的比例为(0.8-1.1)∶(9.5-12)∶(15-18.8)。

进一步的，所述步骤(1)中钛盐前躯体包括钛酸异丙酯和钛酸四丁酯。

进一步的，所述步骤(2)中水热反应的温度为100～230℃。

利用上述制备方法制得的可见光响应的二氧化钛光催化剂，其特征在于，所述二氧化钛光催化剂的粒径为8～25nm，比表面积为150～300m²/g。所述二氧化钛光催化剂为锐钛矿晶型纳米颗粒，在可见光辐照下能够光催化降解有机污染物。

有益效果：

本发明的制备方法工艺简单、条件温和、生产成本低、易于大规模生产；制得的二氧化钛光催化剂具有较大比表面积，在可见光区域有着良好的光响应性，能在短时间内利用可见光迅速降解罗丹明b，稳定性好且可循环使用。

附图说明

图1为本发明实施例制备得到的二氧化钛光催化剂的透射电镜图(tem)；

图2为本发明实施例制备得到的二氧化钛光催化剂的x射线衍射图(xrd)；

图3为本发明实施例制备得到的二氧化钛光催化剂的n2吸附脱附曲线(bet)；

图4为本发明实施例制备得到的二氧化钛光催化剂在可见光条件下降解罗丹明b的降解曲线。

具体实施方式

以下实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

精确量取4ml钛酸异丙酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取4ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中150℃水热反应1h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。

对制备好的二氧化钛粉末进行透射电镜、x射线衍射和比表面积分析测试。

如图1所示，粒径大小约为10-15nm。

如图2所示，晶型为锐钛矿型。

如图3所示，比表面积约为202.6m²/g。

以制备的二氧化钛粉末为催化剂，以罗丹明b为目标降解物对催化剂的性能进行评价。精确量取70mg二氧化钛，置于70ml浓度为20mg/l的罗丹明b溶液中，在暗室搅拌30min后，将溶液置于滤去紫外光的可见光光源中，每隔15min取3.5ml反应液，离心除去固体粉末，用紫外-可见分光光度计测出溶液中罗丹明b的特征峰值。

二氧化钛光催化剂在可见光条件下降解罗丹明b的降解曲线如图4所示。从图中可以看出，经过30min可见光的照射，罗丹明b的降解率达到98％。

实施例2

精确量取4ml钛酸异丙酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取4ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中150℃水热反应24h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。透射电镜、x射线衍射、比表面积分析以及光催化性能测试表明，该方案下依然能够合成具有可见光响应的二氧化钛。

实施例3

精确量取6ml钛酸异丙酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取6ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中150℃水热反应1h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。透射电镜、x射线衍射、比表面积分析以及光催化性能测试表明，该方案下依然能够合成具有可见光响应的二氧化钛。

实施例4

精确量取4ml钛酸四丁酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取4ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中150℃水热反应1h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。透射电镜、x射线衍射、比表面积分析以及光催化性能测试表明，该方案下依然能够合成具有可见光响应的二氧化钛。

实施例5

精确量取4ml钛酸异丙酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取4ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中180℃水热反应1h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。透射电镜、x射线衍射、比表面积分析以及光催化性能测试表明，该方案下依然能够合成具有可见光响应的二氧化钛。

实施例6

精确量取4ml钛酸异丙酯，加入10ml冰醋酸中混合均匀；量取4ml去离子水，在磁力搅拌器的强力搅拌下逐滴加入到上述混合溶液中，得白色沉淀，继续搅拌30min，得澄清透明二氧化钛溶胶；将二氧化钛溶胶转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，置于恒温鼓风干燥箱中230℃水热反应1h后取出，冷却至室温。将水热反应产物固液分离，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体粉末至中性，75℃烘箱干燥12h收集备用。透射电镜、x射线衍射、比表面积分析以及光催化性能测试表明，该方案下依然能够合成具有可见光响应的二氧化钛。

需要指出的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。