一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法

1.本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法。


背景技术：

2.多年来，二氧化钛由于具有化学稳定性高、来源广泛、价格低廉等优点, 在光催化领域应用最为广泛。但其较宽的带隙、光催化作用需依靠紫外光激发, 对可见光的利用率极低及光生电子和空穴极易复合使二氧化钛的光催化性能受到极大限制。因此，如何提高二氧化钛的光催化性能成为人们的焦点。
3.无铅卤系钙钛矿作为一种新型的半导体材料，由于其具有可见光吸收能力强、比表面积大、表面活性位点多和低毒等优点，近年来已逐渐作为光催化剂被应用于光催化制氢、光催化还原no、污染物降解等多个领域（angewandte chemie international edition, 2019, 58: 7263-7267；journal of catalysis:2021，397：27-35；journal of colloid and interface science 2021，596：376-383）。将无铅卤系钙钛矿负载到二氧化钛的表面，将有望提高二氧化钛的比表面积并增强其可见光催化性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法。
5.本发明所采用的技术方案为：一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，首先，称取二氧化钛，将其超声分散于溶剂中，得到二氧化钛溶液， 然后将无铅卤系钙钛矿按比例加入到二氧化钛溶液中，搅拌，最后，将混合液离心、干燥，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。
6.具体包括以下步骤：步骤一、称取二氧化钛粉末，将其超声分散于无水乙醇、异丙醇或氯仿溶剂中，得到二氧化钛溶液；步骤二、将无铅卤系钙钛矿加入到步骤二的二氧化钛溶液中，在10~35℃下搅拌30~60 min，最后，将混合液离心处理10~30 min，离心速度为2000~8000rpm/min，取底部沉淀，在30~60℃的烘箱干燥1~3 h，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。
7.所述无铅卤系钙钛矿的尺寸范围为5~1000nm，其制备方法为配体辅助重结晶法或热注入法。
8.所述配体辅助重结晶法制备无铅卤系钙钛矿的具体步骤为：首先，将csbr、agbr和bibr3加入到装有二甲基亚砜的玻璃瓶中，超声处理180 min后，获得透明浅黄绿色的前驱体溶液；然后将前驱体溶液按1滴/s 的速度滴加到高速搅拌状态下的异丙醇溶剂中，搅拌5~30 min后，通过离心处理即可获得无铅钙钛矿溶液。
℃的烘箱干燥1 h，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。
23.实施例2步骤一、首先，将csbr、agbr和bibr3加入到装有二甲基亚砜的玻璃瓶中，超声处理180 min后，获得透明浅黄绿色的前驱体溶液；然后将前驱体溶液按1滴/s 的速度滴加到高速搅拌状态下的异丙醇溶剂中，搅拌15 min后，通过离心处理即可获得无铅钙钛矿溶液。csbr、agbr、bibr3与二甲基亚砜的质量体积比为8mg:2mg: 8mg:0.8ml。
24.步骤二、称取一定量的二氧化钛粉末，将其超声分散于异丙醇中，得到二氧化钛溶液。其中二氧化钛与溶剂的质量体积比为5mg:50ml，超声功率为60 khz，超声时间为60 min。
25.步骤三、将步骤一中无铅卤系钙钛矿加入到上述二氧化钛溶液中，在10~35℃下搅拌30~60 min。最后，将上述混合液离心处理20 min，离心速度为5000rpm/min，取底部沉淀，在45℃的烘箱干燥2 h，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。
26.实施例3步骤一、首先，将csbr、agbr和bibr3加入到装有二甲基亚砜的玻璃瓶中，超声处理180 min后，获得透明浅黄绿色的前驱体溶液；然后将前驱体溶液按1滴/s 的速度滴加到高速搅拌状态下的异丙醇溶剂中，搅拌30 min后，通过离心处理即可获得无铅钙钛矿溶液。csbr、agbr、bibr3与二甲基亚砜的质量体积比为10mg:4mg: 10mg:1.2ml。
27.步骤二、称取一定量的二氧化钛粉末，将其超声分散于异丙醇中，得到二氧化钛溶液。其中二氧化钛与溶剂的质量体积比为10mg:50ml，超声功率为80 khz，超声时间为90 min。
28.步骤三、将步骤一中无铅卤系钙钛矿加入到上述二氧化钛溶液中，在35℃下搅拌60 min。最后，将上述混合液离心处理30 min，离心速度为8000 rpm/min，取底部沉淀，在60℃的烘箱干燥3 h，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。
29.图1为无铅卤系钙钛矿和实施例2中的二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合材料的光催化速率图，具体过程如下。
30.选用罗丹明 b（rh b）为模拟污染物，测试二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料在可见光照射下催化降解rh b的性能。具体操作：称取一定量的的二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料加入到装有浓度为10 mg/l rh b溶液的烧杯中，室温下搅拌一定时间，使其达到吸附平衡，打开可见光灯源进行光催化反应。利用紫外-可见分光光度计对光催化降解过程进行监测。
31.从图1中可以看出，相比于钙钛矿而言，二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料对罗丹明 b的催化降解速率很明显地提高了。
32.从图2可以分析得到，钙钛矿大部分负载到二氧化钛的表面以增大其比表面积，小部分镶嵌到二氧化钛的孔隙中，降低了平均孔径。
33.从图3可以看出，二氧化钛与无铅卤系钙钛矿的复合有助于提高对可见光区域的光响应能力，从而改善在可见光条件下复合材料的催化性能。
34.本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。


技术特征：
1.一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：首先，称取二氧化钛，将其超声分散于溶剂中，得到二氧化钛溶液， 然后将无铅卤系钙钛矿按比例加入到二氧化钛溶液中，搅拌，最后，将混合液离心、干燥，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、称取二氧化钛粉末，将其超声分散于无水乙醇、异丙醇或氯仿溶剂中，得到二氧化钛溶液；步骤二、将无铅卤系钙钛矿加入到步骤二的二氧化钛溶液中，在10~35℃下搅拌30~60 min，最后，将混合液离心处理10~30 min，离心速度为2000~8000rpm/min，取底部沉淀，在30~60℃的烘箱干燥1~3 h，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。3.根据权利要求2所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述无铅卤系钙钛矿的尺寸范围为5~1000nm，其制备方法为配体辅助重结晶法或热注入法。4.根据权利要求3所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述配体辅助重结晶法制备无铅卤系钙钛矿的具体步骤为：首先，将csbr、agbr和bibr3加入到装有二甲基亚砜的玻璃瓶中，超声处理180 min后，获得透明浅黄绿色的前驱体溶液；然后将前驱体溶液按1滴/s 的速度滴加到高速搅拌状态下的异丙醇溶剂中，搅拌5~30 min后，通过离心处理即可获得无铅钙钛矿溶液。5.根据权利要求4所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述csbr、agbr、bibr3与二甲基亚砜的质量体积比为6~10mg:1~4mg: 6~10mg:0.6~1.2ml。6.根据权利要求2所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛为市售二氧化钛或通过溶胶凝胶法、水热法自制的二氧化钛。7.根据权利要求6所述的一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，二氧化钛与溶剂的质量体积比为1~10mg:50ml，超声功率为40~80 khz，超声时间为30~90 min。

技术总结
本发明公开了一种二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料的制备方法。首先，利用配体辅助重结晶法制备无铅卤系钙钛矿。然后，称取一定量的二氧化钛，将其超声分散于溶剂中，得到二氧化钛溶液。将上述无铅卤系钙钛矿按照一定比例加入到二氧化钛溶液中，在一定的温度下搅拌一段时间。最后，将上述混合液离心、干燥，即可获得二氧化钛/无铅卤系钙钛矿复合光催化材料。本发明将无铅卤系钙钛矿负载到二氧化钛表面，增大了其比表面积，同时，将光响应范围拓宽到可见光区域，有效地提高了二氧化钛的可见光催化性能。这类光催化剂具有广泛的应用前景，可将其用于水污染处理、CO2还原以及制氢等领域。领域。领域。


技术研发人员：马建中 卫思颖 范倩倩 温璐
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2022/4/12