[发明专利]响应可见光的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，具体地说是一种响应可见光的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。

背景技术：

半导体多相光催化是近40年来发展起来的新型研究领域，其原理是：半导体材料在光照作用下发生电荷分离，形成电子空穴对，从而加快氧化还原反应速度。光催化氧化反应具有如下一些优点：一是低温深度反应、二是净化彻底、三是绿色能源、四是寿命长。

TiO₂光催化剂是研究最为广泛、活性最高的光催化剂，具有稳定性好、无毒、廉价、耐腐蚀等特点，其缺点是只有在紫外线(波长小于400nm)照射才有活性、比表面积不大、回收困难。由于紫外光仅占太阳光的4-6％，且受时间变化很大，所以目前普遍采用的方法是提供紫外线照射光源以激发其活性，因此能量消耗较大。如果能将TiO₂光催化剂的光谱利用范围从紫外线区域红移至可见光区域(波长400-800nm)，则可充分利用太阳光，从而大幅度降低设备投资和运行成本，为工业应用打下基础。因此，制备纳米级TiO₂，提高其比表面积，使催化剂具备可见光照射条件下的催化活性，并做到易于回收，成为研究的热点。目前有关文献提出采用半导体表面改性技术将TiO₂光催化剂的光谱利用范围扩大至可见光区域，采用的方法主要有半导体表面贵金属沉积、金属离子掺杂、半导体光敏化和采用复合半导体材料等方法。专利号为01113065.2，发明名称为“可见光反应型纳米二氧化钛基光催化剂的制备方法”，授权公告号为CN1116927C的专利公开了一种改进型共溶液掺杂法制备纳米二氧化钛的方法，掺杂元素为铜、铁等金属，光催化剂的平均粒度为10-20nm，在可见光区域内对光的吸收度为20-25％左右，可以利用太阳光和室内白炽灯等可见光源实现光催化，但由于这种催化剂对可见光的吸收度比较低，对能源的利用率也比较低，不能充分利用太阳能，因此，没有从根本上解决能耗大这一问题，同时由于对可见光的吸收率低，因此催化剂在可见光照射下的催化活性不高。另一专利号为02120037.8，发明名称为“具有可见光催化活性的二氧化钛催化剂的制备”，授权公告号为CN1184002C)的专利公开了一种在紫外线照射、低温条件下用溶胶-凝胶法制备锐钛矿型纳米二氧化钛光催化剂的方法。用该方法制备的光催化剂粒子平均直径为5nm，对波长为500-600nm的可见光具有一定吸收率，特别是对波长为560nm左右的光线具有较强的吸收率，并在此波长段形成一个吸收高峰，但由于可见光波长范围较大，利用该方法制备的催化剂仅能利用其中很小的一部分，因此对光能的利用率很低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种对可见光吸收度高且波长范围广的响应可见光的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种响应可见光的纳米二氧化钛光催化剂，它为在活性炭表面负载有纳米TiO₂粒子，并进行了金属掺杂的锐钛矿型TiO₂光催化剂，其中纳米TiO₂与活性炭的质量比为1：5-15，金属银与纳米TiO₂的质量比为0.5-2：100，金属铜或铁或铑或铂或金或锡与纳米TiO₂的质量比为0-2：100。

本发明纳米TiO₂与活性炭的最佳质量比为1：10。

本发明金属银与纳米TiO₂的最佳质量比为1：100，金属铜与纳米TiO₂的最佳质量比为1：100。

如上所述的响应可见光的纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，它包括以下步骤：

(1)制备钛酸酯溶液，按1—2：1质量比取钛酸酯和溶剂醇，混合搅拌均匀；

(2)制备可溶性金属银盐溶液，按金属银与纳米TiO₂的质量比取可溶性金属银盐，与溶剂醇和蒸馏水按1：50—200(质量比)混合，搅拌均匀；

(3)制备可溶性金属铜或铁或铑或铂或金或锡盐溶液，按金属铜或铁或铑或铂或金或锡与纳米TiO₂的质量比取可溶性金属铜或铁或铑或铂或金或锡盐，与溶剂醇和蒸馏水按1：50—200(质量比)混合，搅拌均匀；

(4)将步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)所得溶液混合，充分搅拌，制成混合溶液；