[发明专利]高效率金属、非金属离子共掺杂纳米TiO2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(去除环境中有机、无机污染物)，是一种制备新型、高效、双相掺杂纳米TiO₂可见光催化剂的方法。

【背景技术】

TiO₂在紫外光照射下具有杀菌和降解环境污染物的特殊功能，并且具有价格低廉、稳定性好等优点，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：太阳能的利用率和光催化效率低。其原因在于TiO₂禁带宽度为3.2eV(对应激发波长为387.5nm)，只能吸收紫外光，而太阳光中紫外光成分仅占5％，因此纯TiO₂对太阳能的利用率很低；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。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。Shahed U.M.Khan等制备出C离子掺杂的高活性TiO₂可见光催化剂。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。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。单掺杂纳米TiO₂相关专利已有报道，例如：氮掺杂二氧化钛粉体的制备方法(申请号：02155201.0)，光催化活性氮掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法(申请号：200310109841.8)，氮掺杂纳米二氧化钛改性光催化涂料及其制备方法(申请号：200510011793.8)，光催化活性氯掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法(申请号：200310109844.1)，光催化活性氟掺杂二氧化钛纳米材料的制备方法(申请号：200310109845.6)，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)，一种能杀菌和自洁净的涂掺杂锌的二氧化钛薄膜的玻璃(申请号：200410020616.1)，铼掺杂纳米二氧化钛降解有机污染物催化剂(申请号：200610046163.9)，铈掺杂二氧化钛/硅胶复合光催化剂及其制备方法(申请号：200710027809.3)，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)。

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。

本发明采用新的制备方法和调控技术，研发出“高效率金属、非金属离子共掺杂纳米TiO₂(Ti_1-xA_xO_2-yB_y，A、B分别代表金属、非金属元素)可见光催化剂”的制备方法，并建立和完善了调控催化剂结构、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了基础。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】