[发明专利]铁酸锌/二氧化钛纳米复合可见光光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种无机窄禁带宽度半导体复合二氧化钛纳米管电极的方法，特别涉及到铁酸锌/二氧化钛纳米复合可见光光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

能源短缺和环境污染是本世纪全人类所面临的共同问题。如何合理利用自然界中有限的能源、有效控制和解决环境污染问题是新世纪各国科学家所研究的热门课题。近年来，逐渐兴起的半导体光催化氧化技术，为我们提供了一种合理利用能源和治理环境污染的理想方法。使我们能够真正实现利用取之不尽、用之不竭的太阳能解决环境污染和能源短缺问题。

半导体光催化氧化技术起源于上世纪七十年代，自Fujishima和Honda发现光照的TiO₂单晶电极能分解H₂O，利用半导体光催化剂把光能转化成电能和化学能就成为最热门的研究课题之一。最近，关于利用半导体光催化氧化降解有机污染物、还原重金属离子、防雾、除臭、杀菌、自清洁等方面的应用研究报道已不断增加。在众多半导体光催化剂中，TiO₂因其具有化学稳定性高、耐光腐蚀、对人体无害、廉价、并且具有较深的价带能级等特点，而成为半导体光催化研究领域中最活跃的一种物质。然而，锐钛矿型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，其激发波长为387.5nm，属于紫外光区。而对于太阳光谱，主要能量集中于460nm-600nm波长范围，所以紫外光所占比例不足5％。而室内光源的能量也主要集中在550nm-600nm。从经济实用角度出发，如何实现TiO₂的可见光活性，高效利用太阳光中丰富的可见光和室内弱光进行光催化反应是当今研究的重点，也是最具挑战性的课题。

为了提高TiO₂在可见光范围内的光谱响应及其光催化量子效率，人们采用各种手段对TiO₂进行改性，包括表面贵金属沉积、金属离子掺杂、稀土金属掺杂、半导体光敏化、非金属掺杂及其半导体复合。其中半导体复合是提高TiO₂光催化性能的有效手段。半导体复合实质上是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。半导体复合TiO₂可提高体系的电荷分离效果，扩展光谱响应范围，进一步提高了催化剂的光量子效率。近年来关于TiO₂半导体复合的体系研究主要包括：CdS-TiO₂、CdSe-TiO₂、SnO₂-TiO₂、PbS-TiO₂、WO₃-TiO₂、Cu₂O-TiO₂、ZnFe₂O₄-TiO₂等。Xu等人(Xu，S.H；Feng，D.L；Shangguan，W.FJ.Phys.Chem.C2009，

113，2463？467)采用催化相转化法和溶胶凝胶法联用制备出了ZnFe₂O₄负载的TiO₂光催化剂，在可见光照射的条件下成功的降解了甲基橙染料废水。Yin等人(Yin，J；Bie，L.J；Yuan，Z.HMater.Res.Bull.2007，42，1402？406)利用共沉淀的方法合成出了ZnFe₂O₄-TiO₂复合纳米薄膜，研究发现经过ZnFe₂O₄改性后的TiO₂纳米薄膜其光电化学性能(例如光电流等)得到了显著的提高。前面所述的TiO₂都是关于其粉体形式的报道。然而，TiO₂纳米管是TiO₂的有一种存在形式，由于纳米管具有大的比表面积，因而具有较强的吸附能力，有助于提高TiO₂的光催化性能。并且，光生载流子比颗粒状更容易从离子内部迁移到表面，从而减小了光生电子空穴对的复合几率。距今为止，还未发现有关于ZnFe₂O₄复合晶面择优生长的TiO₂纳米管阵列电极光催化能力的报道。所以铁酸锌/二氧化钛纳米复合可见光光催化剂的光催化特性还没有被更好地应用。

发明内容