一种C/TiO介孔复合光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明采用蒸发诱导自组装方法制备C/T1前驱体，将前驱体置于管式炉中氮气气氛下煅烧脱除模板剂P123，酚醛树脂碳化形成介孔碳，并使钛源TiCl4和TBOT结晶形成T12,利用高温下介孔碳对T12的还原作用形成T1，从而得到具有可见光响应性的C/T1介孔复合光催化剂。
【背景技术】
[0002]随着工业化的不断深入，环境污染问题日趋严重，寻求缓解环境污染问题的解决方案目前已成为科学家们研究的热点和焦点。相比于传统的方法，光催化技术充分利用太阳能，能将对环境产生污染的有机物降解为零污染的小分子物质，是一种有着广阔应用前景的环境友好型技术。
[0003]钛与氧反应能生成一系列钛氧化合物，如1^0，1^02，1^203，1^305等，这些钛氧化合物具有稳定相结构，其中最常见的钛氧化合物是T12t3T12广泛应用于处理产生环境污染的有机污染物，其具有无毒、氧化性强、化学性质稳定等特点。然而，由于T12带隙宽度较大，只能吸收能量较高的紫外线，不能有效利用太阳能，而且光生载流子复合率高，限制了其广泛应用。T1是一种导电氧化物，不仅具有较低的电阻率，还具有高效的阻隔Al，Si等元素扩散的能力，其功能与贵金属氧化物RuO2类似，在分层式微电子结构器件、压电结构器件中有重要的应用前景。此外T1还在电极材料、仿金材料等领域有应用研究。但总的说来，T1受到的关注还远不如T12那么广泛与深入，特别是有关T1掺杂改性及其基于第一性原理的研究还少见报道。介孔碳具有较大的比表面积、均一可调的孔径、化学稳定性、机械稳定性、良好的导电性而受到广泛的关注。这些优点使其成为吸附、分离、催化的理想材料。此外，介孔碳能对可见光产生强烈的吸收，并具有较强的吸附能力使其在光催化领域具有潜在的应用。C掺杂T1后，其金属性导电能带结构没有改变，只是在费米面附近出现C 2p态提供的杂质能级，杂质能级扩展了 T1的导带宽度并提高了费米面附近的电子能态密度，从而使T1电导增加，电阻率降低，从而提高光催化性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种C/T1介孔复合光催化剂及其制备方法，利用介孔碳在高温下将T12还原为T1，并且与T1形成C/T1介孔复合光催化剂。所制备的C/T1介孔复合光催化剂具有高效的光催化活性。
[0005]本发明提供的一种C/T1介孔复合光催化剂的制备方法，利用介孔碳对可见光的强烈吸收作用，既显著拓宽了T1的光谱响应范围，使其具有可见光催化活性，又能促进光催化剂表面的光生电子和空穴的分离，从而显著提高T1光催化剂的光催化活性。包括如下步骤:
[0006](I)制备酚醛树脂:将一定量苯酚溶解于浓度为20wt %的NaOH溶液中，混合后连续搅拌1min，将一定量甲醛逐滴加入上述混合溶液中，60?70°C下搅拌60min。冷却至室温后，用2mol/L的HCl将溶液的pH值调至6.0，50°C真空干燥；
[0007](2)配置酚醛树脂-乙醇溶液，将0.5?1.5gPluronic P123溶于20g乙醇中，与0.5?5g上述步骤(I)所制备的酚醛树脂混合，搅拌均匀，得到酚醛树脂-乙醇溶液；
[0008](3)将0.5?181^14，2?38钛酸四丁酯0801')混合均匀后倒入步骤(2)的酚醛树月旨-乙醇溶液中，搅拌30?60min后倒入培养皿中，环境温度下放置5?10h，再置于烘箱中100?120°C下反应10?15h;
[0009](4)C/T1介孔复合光催化剂的制备:将上述步骤(3)所得的橙黄色样品研磨成粉末，置于管式炉中，氮气气氛下，350?450°C加热2?5h以脱除模板剂，再升温至700?800°C保持2?5h。
[0010]本发明中所述的C/T1介孔复合光催化剂的制备方法中各物质的质量比为P123:酚醛树脂:TiCl4: TBOT = 1:(0.5?5):(0.5?I): (2?3)。采用蒸发诱导自组装方法制备C/T1介孔复合光催化剂前驱体。
[0011]本发明中所述的C/T1介孔复合光催化剂的制备方法中，350?450°C以下升温速率为l°C/min，350?450°C以上升温速率为5°C/min。
[0012]本发明与现有技术相比，具有显著优点:
[0013](I)本发明利用介孔碳在高温下将T12还原为T1，并且与T1形成C/T1介孔复合光催化剂，制备工艺简单可行，比传统制备T1的方法具有显著优势。
[0014](2)本发明所制备C/T1介孔复合光催化剂的光催化活性较高，利用介孔碳对可见光的协同吸附作用，显著拓宽了T1的光谱响应范围，使其具有可见光催化活性，促进光催化剂表面的光生电子和空穴的分离，从而显著提高T1光催化剂的光催化活性。
【附图说明】
[0015]图1C/T1介孔复合光催化剂的X-射线衍射花样；
[0016]图2C/T1介孔复合光催化剂的氮气吸附-脱附等温线；
[0017]图3C/T1介孔复合光催化剂的孔径分布曲线；
[0018]图4C/T1介孔复合光催化剂的光催化性能测试
【具体实施方式】
[0019]本发明提供一种C/T1介孔复合光催化剂及其制备方法，该复合光催化剂用于降解有机污染物，其特征在于:利用介孔碳对可见光的协同吸附作用，显著拓宽了T1的光谱响应范围，使其具有可见光催化活性，促进光催化剂表面的光生电子和空穴的分离，使复合光催化剂具有高效可见光催化性能。
[0020]本发明一种C/T1介孔复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0021 ] (I)制备酚醛树脂:将一定量苯酚溶解于浓度为20wt%的NaOH溶液中，混合后连续搅拌1min，将一定量甲醛逐滴加入上述混合溶液中，60?70°C下搅拌60min。冷却至室温后，用2mol/L的HCl将溶液的pH值调至6.0，50°C真空干燥；
[0022](2)配置酚醛树脂-乙醇溶液，将0.5?1.5g Pluronic P123溶于20g乙醇中，与0.5?5g上述步骤(I)所制备的酚醛树脂混合，搅拌均匀，得到酚醛树脂-乙醇溶液；
[0023](3)将0.5?Ig TiCl4，2?3g钛酸四丁酯(TBOT)混合均匀后倒入步骤(2)的酚醛树月旨-乙醇溶液中，搅拌30?60min后倒入培养皿中，环境温度下放置5?10h，再置于烘箱中100?120°C下反应10?15h;
[0024](4)C/T1介孔复合光催化剂的制备:将上述步骤(3)所得的橙黄色样品研磨成粉末，置于管式炉中，氮气气氛下，350?450°C加热2?5h以脱除模板剂，再升温至700?800°C保持2?5h。
[0025]为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面所给出的实例。
[0026]实施方实例1:本发明一种C/T1介孔复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0027](I)制备酚醛树脂:将1g苯酚溶解于2.13g浓度为20被％的他0!1溶液中，混合后连续搅拌1min，将17.7g的甲醛逐滴加入上述混合溶液中，70°C下搅拌60min。冷却至室温后，用2mol/L的HCl将溶液的pH值调至6.0，50°C真空干燥去除水分；
[0028](2)配置酚醛树脂-乙醇溶液:将Ig Pluronic P123溶于20g乙醇中，与Ig上述酚醛树脂混合，搅拌均匀；
[0029](3)将0.95g TiCl4，2.85g钛酸四丁酯(TBOT)混合均匀后倒入步骤(2)的溶液中，搅拌30min后倒入培养皿中，环境温度下放置6h，再置于烘箱中100°C下热聚合12h;
[0030](4)C/T1介孔复合光催化剂的制备:将步骤(3)所得的橙黄色样品研磨成粉末，置于管式炉氮气气氛下，350°C下加热2h以脱除模板剂，再升温至750°C保持21!。350°〇以下升温速率为l°C/min，350°C以上升温速率为5°C/m