[发明专利]无定形Al2O3改性纳米TiO2可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光催化剂技术领域，尤其是一种无定形Al₂O₃改性纳米TiO₂可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

20世纪70年代以来，纳米TiO₂以其高效、无毒、低成本、良好的化学稳定性及较高的光催化活性等优点而在水污染处理、光解水制氢以及太阳能电池等各个领域得到了广泛研究。但是，在实际应用中，纳米TiO₂仍然存在三大缺陷：一是可见光催化活性低，如常用的锐钛矿型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，只能吸收λ<387nm以下的紫外光，而这部分光在太阳光中只占3-5%，使其应用收到限制，而金红石虽然禁带宽度为3.0eV，可以吸收410nm的可见光，但是其催化活性较低；二是光生电子空穴的复合效率高，对光利用的量子效率较低；三是纳米TiO₂比表面积一般较低，不利于对目标物的吸附而不能充分提高活性。

为了解决以上问题，人们采用各种方法来提高纳米TiO₂的可见光催化能力。如金属或非金属离子掺杂等(Chen et al. Chem. Rev. 2007, 107, 2891–2959.)以降低TiO₂的禁带宽度，增加对可见光的吸收；开发锐钛矿-金红石（德国Degussa公司P25型TiO₂）、锐钛矿-板钛矿(Li et al. Eur. J. Inorg. Chem. 2009, 3727–3733)、板钛矿-金红石（张礼知等，中国发明专利申请，200910060502.2）等混晶材料或半导体复合(Khan et al. Appl. Catal. B: Environ. 2009,91,397-405)等方式，利用不同晶型或半导体禁带宽度不同、导带及价带位置不同使电子或空穴在其间跃迁，达到提高电子-空穴分离的目的；或是利用活性炭（Wang et al. J. Hazard. Mater. 2009, 169, 1061–1067）、分子筛（Tayade et al. Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 369–376.）等具有较高比表面积的物质作为载体负载TiO₂，提高其对污染物的吸附及光催化效率。

但是上述方法只能解决TiO₂存在的一个或两个问题，如混晶材料如德国Degussa公司生产的P25纳米TiO₂含有约80%的锐钛矿和20%的金红石，由于两种TiO₂晶型的费米能级不同，两相界面间产生肖特基势垒，可促进电子和空穴的分离及迁移到晶体表面而与有机物发生反应,从而提高活性（Hurum et al. J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 4545-4549），但其可见光催化活性仍然较低，50m²/g左右的比表面积仍有较大的提升空间；利用具有窄禁带宽度的如CdS等半导体进行复合可能会提高可见光催化活性及电子-空穴分离效率，但是比表面积会减小；高比表面积载体负载虽然会提高对目标物的吸附，提高光催化效率，但是可见光活性没有得到提高。而且这些制备方法存在过程复杂、稳定性不好或需要较复杂的设备等问题。

发明内容

本发明提供一种无定形Al₂O₃改性纳米TiO₂可见光催化剂及其制备方法，采用无定形结构的Al₂O₃对纳米TiO₂进行改性，得到的可见光催化剂具有较高的比表面积，提高了其对目标物的吸附，光催化活性大大提高；一步法合成，制备过程简单，几分钟之内即可形成，产率可达100%，成本低，适合于工业大批量生产。

本发明所采取的技术方案是：

一种无定形Al₂O₃改性纳米TiO₂可见光催化剂，可见光催化剂中无定形Al₂O₃和纳米TiO₂按物质的量之比1:0.25-4，优选为1:1.5。

无定形Al₂O₃改性纳米TiO₂可见光催化剂的制备方法，包括下述步骤：

①将硝酸铝与燃料按照物质的量之比为1:0.5-10的比例混合，加热至形成溶液：