[发明专利]氟、碳共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备

说明书

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备领域，特别涉及氟、碳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

二氧化钛因其具有价廉、无毒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)，只有在紫外光的照射下才能被激发，而紫外光只占太阳光的3～5％，因此，它在实际应用中受到了极大的限制。为了充分利用太阳光，对二氧化钛进行修饰和改性，使其光谱吸收拓展至可见光区并提高其可见光光催化活性是目前该领域面临的重要课题。

拓展二氧化钛光谱吸收至可见光区最有效的方法是掺杂外来元素。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。为保证二氧化钛即具有可见光响应又表现较强的可见光光催化活性，Domen课题组在J.Phys.Chem.C 2007，111：18264-18270上报道了氮和氟共掺杂的二氧化钛光催化剂的合成并用于可见光分解水，其光量子产率有了较大的提高。Cong等在J.Phys.Chem.C 2007，111：10618-10623报道了以共沉淀-水热的方法合成了氮和铁共掺杂的TiO₂，双元素的掺杂可抑制电子-空穴对的复合，使该催化剂在可见光照射下降解诺丹明B的活性得到了极大的提高。Huo等在Appl.Catal.B 2008，83：78-84报道了在超临界的条件下合成了镧、硼共掺杂的TiO₂，结果表明：镧以孤立的La₂O₃形式覆盖在TiO₂的表面，硼则进入TiO₂的晶格中取代氧离子形成复合键。该样品在可见光光区降解亚甲基蓝表现出较强的光催化活性。Chen等在Ind.Eng.Chem.Res.2007，46，2741-2746报道了以溶胶-凝胶的方法合成了碳和氮共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂，该光催化剂在可见光区表现出较好的可见光响应，同时在降解亚甲基蓝溶液的过程中表现出较强的可见光光催化活性。Reyes-Garcia等在J.Phys.Chem.C 2007，111：17146-17154以sol-gel法合成了硼、氟共掺杂TiO₂粉末，硼和氟的掺杂可使二氧化钛的光谱吸收发生红移。在可见光光区对亚甲基蓝的降解结果显示硼、氟共掺杂TiO₂可提高光催化活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供氟、碳共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备，本方法反应条件温和并且容易控制，设备简单，原料来源丰富，合成过程简单，产量较高，可用于大规模生产，所制备的氟、碳共掺杂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、碳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)溶胶的制备

在室温下，将钛酸四丁酯的无水乙醇溶液在搅拌下滴加到氟化铵的水溶液与乙二胺中，室温下搅拌8～12小时进行水解，得到溶胶，其中氟和钛的摩尔比为0.05∶1～0.2∶1，乙二胺和钛酸四丁酯的摩尔比为0.16∶1～0.48∶1；

(2)干凝胶的制备

将上述溶胶在70～100℃烘干8～12小时得到凝胶；

(3)煅烧

将凝胶在400～600℃煅烧1～3小时得到氟、碳共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂。

所述步骤(1)中的钛酸四丁酯的无水乙醇溶液浓度为1M，氟化铵的水溶液浓度为0.05～0.3M，乙二胺的浓度为0.16～0.48M。

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。因此，易于工业化生产。

(2)所制备的氟、碳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为氟、碳共掺杂纳米二氧化钛的X射线衍射图；

图2为氟、碳共掺杂纳米二氧化钛的紫外-可见光谱图；

图3为氟、碳共掺杂纳米二氧化钛的透射电镜照片；

图4为氟、碳共掺杂纳米二氧化钛的氟的1s轨道XPS谱图；

图5为氟、碳共掺杂纳米二氧化钛的碳的1s轨道XPS谱图；