[发明专利]氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备领域，特别是涉及氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法。

背景技术

由于二氧化钛的价廉和较高的化学稳定性而成为光催化领域研究的热点。但是二氧化钛的带隙能较大(～3.2eV)，只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光的3～5％，因此，它的应用受到了极大的限制。为了充分利用太阳光和室内光，修饰其能带结构，使其吸收可见光并提高光催化活性仍是该领域面临的重要课题。

二氧化钛的光谱吸收和光催化活性取决于它的能带结构，改变能带结构并扩展其吸收光谱范围的最有效的方法是掺杂金属和非金属元素。自Asahi在Science，2001，293：269-271上首次报道了氮掺杂的二氧化钛后，掺杂非金属元素如：氮、碳、硼、硫和氟成了大家研究的热点。虽然这些掺杂的二氧化钛具有可见光响应，但是并不能保证光催化性能的提高。如硼掺杂的二氧化钛一些文献报道在可见光区有较高的光催化活性，而在另一些文献则出现相反的结果。为了克服单一掺杂的弱点，最近人们进行了双元素掺杂的研究。如，赵进才等人在J.Am.Chem.Soc.2004，126：4782-4783上报道了镍和硼共掺杂的二氧化钛的合成，在可见光区降解有机物呈现出较高的光催化活性；Domen课题组采用氮和氟共掺杂的二氧化钛催化剂用于可见光分解水，其光量子产率有了较大的提高，其结果发表在J.Phys.Chem.C 2007，111：18264-18270上；In等人发表于J.Am.Chem.Soc.2007，129：13790-13791上的结果表明硼和氮掺杂的二氧化钛表现出可见光催化活性。李和兴课题组以超临界法合成了镧和硼共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂，该结果发表于Applied Catalysis B：Environmental 83(2008)78-84上。目前尚未见到有以改进的溶胶-凝胶法合成氟、镧共掺杂纳米二氧化钛可见光光催化剂的文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法，该方法反应条件温和易于控制；设备简单，原料易于采购；合成过程简单，易于工业化生产；所制备的氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂具有比表面高、晶相纯、表面酸性点多、可见光响应的性能。

本发明的氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法，包括：

(1)单分散二氧化钛溶胶的制备

在室温下，量取浓度为0.1～0.6M的氟化物溶液于反应器中，量取浓度为0.5～2M钛醇盐和浓度为0.01～0.06M硝酸镧的无水乙醇溶液于滴液漏斗中，其中氟和钛的摩尔数比为：0.05∶1～0.2∶1，镧和钛的摩尔数比为：0.005∶1～0.02∶1；钛醇盐和硝酸镧的无水乙醇溶液在搅拌下滴加到氟化物的水溶液中，室温下搅拌8～12小时进行水解，得到单分散二氧化钛溶胶；

(2)干凝胶的制备

将步骤(1)得到的溶胶在70～100℃烘干8～12小时得到凝胶；

(3)煅烧制备光催化剂

将步骤(2)凝胶在500～700℃煅烧1～3小时得到氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂。

所述步骤(1)氟化物为氟化铵或氢氟酸。

所述步骤(1)钛醇盐为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。

本发明以钛醇盐、硝酸镧、氟化物为起始原料，先将氟化物溶于水，钛醇盐、硝酸镧的无水乙醇溶液在搅拌下滴加到氟化铵的水溶液中，室温下搅拌一定时间进行水解，得到单分散二氧化钛溶胶；将溶胶烘干得到淡黄色的凝胶。在不同的温度下煅烧即可得到纳米二氧化钛光催化剂。通过调节镧和氟对钛的摩尔比，可获得不同组成和性能的氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

有益效果

(1)本方法反应条件为室温、常压，反应条件温和易于控制；设备简单，原料易于采购；合成过程简单，易于工业化生产；

(2)所制备的氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂具有比表面高、晶相纯、表面酸性点多、可见光响应的性能。

附图说明

图1氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的透射电镜照片；

图2氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的X射线衍射图；

图3氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的紫外-可见光谱图；

图4氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的氟的2p轨道XPS谱图；

图5氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的镧的3d轨道XPS谱图；

图6氟、镧共掺杂的纳米二氧化钛的可见光光催化性能图。

具体实施方式