[发明专利]高效率纳米Ti1－xO2－Snx/TiO2－x－Nx复合薄膜可见光催化剂的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于光催化技术研究领域，主要应用于水和空气的环境净化，是一种制备用来去除环境中有机、无机污染物的新型、高效TiO₂复合薄膜可见光催化剂的方法。

【背景技术】

TiO₂具有价格低廉、稳定性好等优点，在紫外光照射下具有杀菌和降解环境污染的特殊功能，是一种性能良好的环境净化材料。采用纳米TiO₂为基的光催化剂，利用太阳能实现环境净化，既节省能源，又能杀菌、降解大气和水中的污染物(有机、无机污染物)，是一种理想的治理环境的科学技术，近年来倍受科学界的瞩目。

但是，目前TiO₂为基的催化剂在治理环境的研究中仍存在着关键性的难题：太阳能的利用率低和光催化效率低以及催化剂固定化(不易回收)。其原因在于TiO₂禁带宽度为3.2eV(387.5nm)，只能吸收紫外光，而太阳光中紫外光成分仅占5％；另外，大部分光生载流子在TiO₂体相内复合，只有少数的参加光催化反应，导致了光催化效率低，因此，制约了该项技术在治理环境领域的应用。

近年来，为提高TiO₂可见光催化效率，制备金属或非金属离子单掺杂的纳米TiO₂可见光催化剂倍受重视。在国际上，美国加州理工大学M.R.Hoffmann教授等在TiO₂中分别掺杂多种金属离子，研究其紫外、可见光催化活性。日本丰田中央研究所大学R.Asahi教授等制备出N离子掺杂的高活性TiO₂可见光催化剂。德国埃朗根-纽伦堡大学的H.Kisch教授等制备出具有Pt、Au离子掺杂的高活性TiO₂可见光催化剂。其它以纳米TiO₂为基催化剂，如TiO₂/WO₃、SnO₂/TiO₂、TiO₂(A)/TiO₂(R)、SrTiO₃等也有报道。在国内，中科院及各大学(清华大学、北京大学、福州大学等)在掺杂的纳米TiO₂基可见光催化剂的制备、性能和机理研究方面也取得了好的成果。相关专利已有报道，如，高活性铁/锡离子共掺杂纳米二氧化钛光触媒的制备方法(申请号：200610011239.4)，具有可见光诱导高催化活性掺锡纳米二氧化钛光触媒的制备方法(申请号：200610011238.X)，一种溶胶-凝胶低温燃烧合成掺杂二氧化钛光催化剂的方法(申请号：200510011916.8)，光催化活性溴掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法(申请号：200310109843.7)。

到目前为止，以单离子掺杂为主的纳米TiO₂基可见光催化剂，虽然具有一定的可见光催化活性，但可见光吸收效率和光生载流子利用率较低，光催化活性并不明显。

本发明的目的是采用新的科学思想、制备方法和调控技术，研制出“高效Ti_1-xO₂-Sn_x/TiO_2-x-N_x纳米复合薄膜可见光催化剂”，旨在解决太阳能利用率和光催化效率低以及催化剂固定化(不易回收)的关键性难题，并建立调控催化剂结构、性能、功能的新技术，为实现可见光催化剂的高效率、高性能和在环境净化领域的实际应用奠定基础。本发明经国内外专利科技查新证明未见相关文献报道。

【发明内容】

本发明在掺氮TiO₂可见光催化剂的基础上，以制备高效率TiO₂基复合薄膜可见光催化剂为目标产物，以钛酸酯为前躯体，以含氮化合物、锡盐为掺杂剂，采用溶胶-凝胶法制备技术，制备出新型结构的“高效Ti_1-XO₂-Sn_X/TiO_2-X-N_X纳米复合薄膜可见光催化剂”，该催化剂的紫外、可见光催化活性已超过N离子掺杂TiO₂薄膜，并建立其制备方法和技术路线。该催化剂具有单相掺杂、薄膜复合、异质界面p-n结结构和微观表面多元结构特点，增强了其紫外、可见光的吸收能力、氧化还原能力和光生载流子的分离，导致了紫外、可见光催化活性显著提高。